Март 2016
Как известно, работа свинцово-кислотной аккумуляторной батареи основана на возникновении разности потенциалов между двумя электродами, погруженными в электролит. Активное вещество отрицательного катода – чистый свинец, а положительного анода – двуокись свинца. В системах резервного и автономного питания могут применяться аккумуляторы, изготовленные по разным технологиям: обслуживаемые наливные, герметичные гелевые или AGM. Вне зависимости от технологии, химические процессы, протекающие в свинцово-кислотных аккумуляторах, схожи:
 |
При эксплуатации неизбежно происходит так называемое старение аккумулятора, то есть постепенная потеря емкости – вплоть до допустимого предела эксплуатации, обычно принимаемого по снижению емкости до 60% от исходной. В идеальных условиях реальный срок эксплуатации аккумуляторов в буферном режиме может приближаться к номинальному. |
Процесс старения аккумулятора может значительно ускориться в силу действия следующих разрушающих процессов:
- Сульфатация пластин;
- Коррозия пластин и осыпание активной массы;
- Испарение электролита или так называемое «высыхание» аккумулятора;
- Стратификация электролита (характерно только для наливных АКБ).
Сульфатация пластин
 | Когда аккумулятор разряжен, рыхлая активная масса превращается в твердые микрокристаллы сульфата свинца. Если зарядку аккумулятора не производить длительное время, микрокристаллы укрупняются, налет уплотняется и перекрывает доступ электролита к пластинам, что делает зарядку аккумулятора невозможной. Факторы, повышающие риск сульфатации:
Сульфатация пластин может быть частично устранена специальными режимами заряда АКБ. |
Коррозия и осыпание активного вещества
 | При коррозии чистый свинец решетки пластин, взаимодействуя с водой, окисляется в окись свинца. Окись свинца хуже проводит электроток к активному веществу намазки пластин, повышает внутреннее сопротивление и уменьшает стойкость аккумулятора к высоким токам разряда. На положительных пластинах коррозия ослабляет сцепление решетки с активным веществом. Кроме того, само активное вещество положительной пластины постепенно теряет прочность. При каждом цикле намазной слой пластины меняет состояние из объемной массы микрокристаллов окиси свинца в жесткую кристаллическую структуру сульфата свинца. Чередование сжатия и расширения снижает физическую прочность намазного слоя, что в сочетании с ослаблением сцепления приводит к сползанию и осыпанию активного вещества на дно аккумулятора. Коррозия и накопление отслоившегося активного вещества могут приводить к деформации пластин аккумулятора и, при наихудшем развитии событий, к их замыканию. |
Факторы, повышающие риск коррозии и осыпания активной массы:
- заряд слишком высоким напряжением;
- заряд недостаточным током – то есть долгое нахождение под высоким напряжением в фазе наполнения;
- слишком долгое нахождение в фазе абсорбции («перезаряд»);
- заряд аккумулятора слишком большим током;
- ускоренный разряд аккумулятора слишком большим током.
Осыпание (сползание) активной массы электролита – необратимое явление. Самое опасное последствие сползания активной массы – замыкание пластин.
Испарение электролита
 | При разряде на положительной пластине аккумулятора из воды образуется кислород. В нормальных условиях поддерживающего заряда кислород рекомбинирует на отрицательной пластине аккумулятора с водородом, восстанавливая исходное количество воды в электролите. Но диффузия кислорода в сепараторе затруднена, поэтому процесс рекомбинации не может быть 100% эффективным. Снижение доли воды изменяет зарядные характеристики аккумулятора и при определенном пороге делает заряд полностью невозможным. Факторы, повышающие риск «высыхания аккумулятора»:
|
Испарение электролита – необратимое явление для гелевых и AGM аккумуляторов. Основная причина высыхания, особенно для AGM – «перезаряд» аккумуляторов.
Терморазгон и термический пробой аккумуляторов
Старение аккумулятора в силу перечисленных выше процессов происходит ускоренными темпами, однако все же достаточно медленно и часто незаметно.
Рекомбинация газов в герметичной батарее – это химический процесс с выделением тепла. Когда рекомбинация идет при правильных значениях напряжения и тока заряда, нагрев не создает проблем. Однако, когда батарея перезаряжена , внутренняя температура повышается быстрее, чем батарея может быть охлаждена снаружи. Повышение температуры уменьшает зарядное напряжение, что в стадии абсорбции приводит к одновременному увеличению тока. Это в свою очередь вновь повышает температуру.
Запускается самоподдерживающийся цикл увеличения тока и тепловыделения, приводящий, при худшем развитии ситуации, к деформации решеток и внутреннему короткому замыканию с необратимым разрушением аккумулятора.
Факторы, повышающие риск появления эффекта терморазгона:
- прерывистый или «пульсирующий» заряд из-за нестабильного внешнего источника энергии или некачественного зарядного устройства;
- слишком долгое нахождение в фазе абсорбции – «перезаряд»;
- плохой теплоотвод или повышенная температура окружающей среды.
Специфика разрушающих процессов в цепочке АКБ
 | Нетрудно заметить, что при заряде отдельного аккумулятора все факторы риска устранимы обеспечением правильных условий эксплуатации и зарядного алгоритма. Однако в системах резервного энергоснабжения редко используется менее двух аккумуляторов. При параллельно-последовательном соединении зарядное устройство «видит» значения зарядного тока и напряжения только на оконечных клеммах, поэтому на отдельных аккумуляторах напряжения могут серьезно отличаться от рекомендуемых значений. Аккумулятор, имеющий более высокий уровень саморазряда (больший ток утечки), может вызывать перезаряд последовательно соединенных с ним элементов и неполный заряд параллельно соединенных с ним элементов
. Перезаряд и недозаряд повышают риск проявления практически всех разрушающих процессов. Поэтому для уменьшения опасности все аккумуляторы в цепочке должны иметь одинаковое состояние заряда и максимально близкие значения емкости.
Для новых установок рекомендуется использовать аккумуляторы не только одной марки, но и одной заводской партии. Однако практика показывает, что и в одной партии не бывает даже двух аккумуляторов с точно совпадающими характеристиками емкости, степени заряда и внутренних токов утечки. Тем более требование одинаковых характеристик недостижимо, когда нужно заменить поврежденный аккумулятор в уже эксплуатируемой батарее. |
Незначительный разброс по степени заряженности новых аккумуляторов чаще всего сглаживается в процессе приработки за несколько циклов разряда и заряда. Но при значительном разбросе или различиях характеристик емкости разбаланс между отдельными АКБ массива со временем только возрастает.
Систематические перезаряды аккумуляторов с меньшей емкостью и возможные переполюсовки недозаряженных аккумуляторов при глубоких разрядах приводят к накоплению повреждений и выходу из строя отдельных аккумуляторов. В силу эффекта терморазгона даже один вышедший из строя аккумулятор может уничтожить весь массив батареи.
Активное выравнивание заряда аккумуляторов
Сгладить различия параметров аккумуляторов можно используя специальное устройство, называемое балансир заряда АКБ или нивелир разбаланса.
ВАЖНО! Применение балансиров заряда снижает риск возникновения разрушающих процессов, однако не может исправить уже серьезно поврежденный АКБ.
Физически устройство выравнивания заряда аккумуляторов представляет собой компактный электронный модуль, подключаемый к каждой паре последовательно соединенных элементов:
- для батареи номиналом 24В требуется один балансир заряда на цепочку (схема1).
- для батареи номиналом 48В требуется три балансира заряда на цепочку (схема 2).
Электропитание SBB осуществляется от самой батареи или от источника заряда. Собственное энергопотребление SBB мало и соизмеримо с потерями на саморазряд.
Эффективность нивелира SBB2-12-A принципиально выше, чем у других балансиров заряда, работа которых основана либо на шунтировании избыточной зарядной мощности (т.н. пассивные балансиры, создают прямые потери энергии), либо на селективном подзаряде элементов (выравнивание идет только во время заряда). Максимальный ток выравнивания SBB2-12-A – 5А, что превосходит возможности всех представленных на рынке альтернативных устройств.
Эффект применения балансира заряда :
1) Повышение общей надежности и увеличение срока службы аккумуляторов.
2) Увеличение энергоотдачи аккумуляторной батареи, т.к. при глубоких разрядах батарей более полно используется емкость всех аккумуляторов в последовательной цепи.
Балансиры SBB работают постоянно, поддерживая аккумуляторы в равновесном состоянии даже при выключенном зарядном устройстве.
Схема подключения
Схема подключения нивелира (балансира) на батарею 24В и 48В.
Ниже представлены схемы подключения нивелира заряда SBB2-12-A к свинцово-кислотным аккумуляторным аккумуляторам 12В в батареях номиналом 24В и 48В.
|
|
||
Схема 1. Батарея 24В из двух АКБ 12В | Схема 2. Батарея 48В из четырех АКБ 12В |
Подключение нивелира (балансира) на батарею из нескольких параллельных цепочек.
Допускается работа одного балансира выравнивания заряда SBB на 2-3 параллельных цепочки аккумуляторов – если разбаланс невелик и нет превышения по максимальному току выравнивания. Отдельная балансировка каждой цепочки дает лучшие результаты за счет селективности корректирующего воздействия .
При использовании одного нивелира на несколько цепочек необходимо применять схему соединения аккумуляторов с шинами постоянного тока и соединением средних точек (Схема 3).
При использовании отдельного нивелира в каждой цепочке можно применять обычную схему соединения аккумуляторов (Схема 4).
Из принципа работы свинцово-кислотного аккумулятора следует, что емкость аккумулятора определяется объемом активной массы и электролита. Но реально емкость батареи зависит еще и от множества конструктивных, технологических и эксплуатационных факторов.
Емкость аккумуляторной батареи существенно снижается с увеличением силы тока (рис. 1.2), что связано с резким уменьшением концентрации электролита в порах пластин, изолируемых сульфатом свинца. Зависимость емкости от разрядного тока описывается уравнением Пейкерта:
где n , k – постоянные для данного типа батареи (n =1,2...1,7), t кон.– время разряда.
Рис. 1.2. Зависимость емкости аккумуляторной батареи от разрядного тока
Емкость аккумуляторной батареи уменьшается с понижением температуры из-за увеличения вязкости электролита и замедления поступления серной кислоты в поры активной массы (рис.1.3).
Рис. 1.3. Зависимость емкости аккумуляторной батареи от температуры электролита в режиме разряда
Так как емкость аккумуляторной батареи зависит от температуры, то значение емкости, полученное при температуре T , приводят к температуре 25 0 C :
,
где C 25 – емкость, приведенная к температуре 25 0 C ; C T – емкость, полученная при средней температуре T ; 0,01 – температурный коэффициент изменения емкости при температуре 18...27 0 C .
При известной начальной плотности электролита g з степень разряженности аккумуляторной батареи определяется по формуле:
,
где g 25 – плотность электролита при температуре +25 0 C (плотности g з и g 25 измерены в г/см 3).
Подготовка аккумуляторной батареи к эксплуатации
Приготовление электролита. Существует два способа приготовления электролита. 1 способ: концентрированная серная кислота плотностью 1,83 г/см 3 добавляется в дистиллированную воду (но не наоборот). 2 способ: электролит плотностью 1,40 г/см 3 добавляется в дистиллированную воду или в электролит с плотностью ниже необходимой. Следует учитывать, что плотность электролита для различных времен года и климатических условий должна быть различной. Например, в районах с умеренным климатом (со средней месячной температурой в январе -15...-8 0 С) плотность электролита должна быть равна 1,26±0,01 г/см 3 , в районах с холодным климатом (со средней месячной температурой в январе -30...-15 0 С) плотность электролита должна быть равна 1,28±0,01 г/см 3 .
Заливка батареи электролитом. Температура заливаемого электролита должна быть в пределах 15…30 0 C . Его плотность зависит от климатических условий эксплуатации батареи. Перед заливкой необходимо отвернуть вентиляционные пробки и удалить элементы, герметизирующие вентиляционные отверстия. Электролит заливают до тех пор, пока он не достигнет нижнего торца тубуса горловины крышки или определенного уровня выше предохранительного щитка (для традиционных аккумуляторных батарей уровень электролита равен 10 мм). Плотность электролита, заливаемого в новую батарею, должна быть на 0,02 г/см 3 меньше той, которая должна быть в конце заряда для данной климатической зоны. Если через два часа после заливки сухозаряженной батареи плотность электролита будет на 0,03 г/см 3 ниже плотности этого электролита через 20 минут после заливки, то батарею следует зарядить, а затем скорректировать плотность электролита. Но желательно все же заряжать батарею в любом случае.
Заряд аккумуляторных батарей. Аккумуляторные батареи можно заряжать от любого источника постоянного тока при условии, что его напряжение больше напряжения заряжаемой батареи. Для полного заряда батарея должна принять 150 % требуемой (недостающей) емкости. Различают два основных способа заряда: при постоянном токе и при постоянном напряжении.
Заряд при постоянном токе. Оптимальная сила тока заряда равна: I з =0,1×C 20 . При повышении температуры электролита до 45 0 C необходимо снизить зарядный ток в два раза или прервать заряд для охлаждения электролита до 30...35 0 C .
Методом заряда при постоянном токе можно заряжать n последовательно включенных аккумуляторов при напряжении на выходе зарядного устройства U з >2,7n .
Достоинствами данного метода являются: 1) простота зарядных устройств; 2) простота расчета количества электричества, сообщаемого батарее, как произведение тока и времени заряда.
Недостатком метода при малом токе заряда является большая длительность заряда, а при большом – плохая заряжаемость к концу заряда и повышенная температура электролита.
Заряд при постоянном напряжении. Данный метод используется в частности для заряда аккумулятора, уже установленного на автомобиле. Метод имеет два недостатка, проявляющихся в начале заряда полностью разряженных батарей: 1) зарядный ток достигает 1...1,5C 20 ; 2) из-за большого зарядного тока перегревается аккумулятор. Поэтому для предохранения генератора от перегрузки на автомобиле устанавливаются ограничители тока.
Продолжительность заряда при использовании обоих методов одинакова. Недостатки, присущие этим методам, преодолеваются комбинированными способами заряда.
Заряд ступенчатым током (ступенчатый заряд). Способ заключается в том, что сначала заряд выполняют номинальным током до заданного напряжения, затем ток снижают в 2...3 раза и доводят заряд до конца. Используются двух-, трех- и четырехступенчатые режимы заряда.
Смешанный способ заряда. При данном способе сначала осуществляется заряд при постоянном токе, а затем – при постоянном напряжении.
Уравнительный заряд. Сущность заряда заключается в заряде при постоянном токе, равном 0,1C 20 , до тех пор, пока плотность электролита и напряжение батареи не будут постоянными в течение 3 часов. Такой заряд необходим для выравнивания степени заряженности всех аккумуляторов батареи и устранения сульфатации электродов. Явление сульфатации заключается в образовании крупных труднорастворимых кристаллов сернокислого свинца (сульфата свинца) на поверхности электродов и на стенках пор активного вещества. В результате сульфатации не все активное вещество электродов может участвовать в работе. Поэтому емкость батареи снижается. Сульфатацию определяют по ЭДС аккумулятора. Если ЭДС аккумулятора, измеренная вольтметром, будет меньше ЭДС, подсчитанной по плотности, то электроды аккумулятора сульфатированы.
Форсированный заряд. Заряд производится током до 0,7C 20 .При токе, равном 0,7C 20 время заряда – 30 мин., при токе 0,5C 20 – 45 мин., при токе 0,3C 20 – 90 мин. В процессе заряда необходимо при достижении температурой электролита 45 0 C дальнейший заряд прекращать. Форсированный заряд применяется в исключительных случаях.
Контрольный разряд аккумуляторной батареи. Контрольный разряд проводится для определения исправности полностью заряженной батареи. Сила разрядного тока поддерживается равной 0,1С 20 . Когда на зажимах одного из аккумуляторов напряжение понизится до 1,7 В (или 10,2 В на батарее), разряд заканчивают. Батарея считается исправной, если время разряда будет не менее 7,5 ч для батарей с электролитом плотностью 1,29 г/см 3 , 6,5 ч – для 1,27 г/см 3 , 5,5 ч – для1,25 г/см 3 . В противном случае батарея является неисправной.
К основным причинам плохой заряжаемости батарей относятся: 1) высыпание активной массы из решеток вследствие коробления последних при заряде большими токами, замерзании электролита и т.п.; 2) наличие в аккумуляторном электролите примесей веществ, которые, осаждаясь на электродах, экранируют часть их рабочей поверхности, препятствуя протеканию на ней основной токообразующей реакции, и способствуют усиленному разложению воды и газовыделению. 3) сульфатация электродов из-за хранения батареи в теплом помещении при высокой плотности электролита. Из-за систематических недозарядов батареи, высокого саморазряда, длительного бездействия батареи в разряженном (частично или полностью) состоянии, снижения уровня электролита ниже верхней кромки электродов возникает необратимая сульфатация .
Устранение сульфатации электродов. Сульфатацию устраняют несколькими циклами разряда-заряда при малой плотности электролита (1,11...1,12 г/см 3). Заряд производят током не более 0,05 С 20 ампер, доводят плотность электролита до нормы, а затем проводят контрольный разряд батареи при силе тока 0,1 С 20 . Разряд заканчивают, когда на зажимах одного из аккумуляторов напряжение понизится до 1,7 В (или 10,2 В на батарее). Батарея считается исправной, если время разряда будет не менее 7,5 ч для батарей с электролитом плотностью 1,29 г/см 3 , 6,5 ч – для 1,27 г/см 3 , 5,5 ч – для 1,25 г/см 3 . В противном случае батарею подвергают нескольким циклам заряда-разряда. Если при повторных циклах время разряда не увеличивается, то батарея требует ремонта.
Хранение аккумуляторных батарей. Новые, не залитые электролитом батареи хранятся при температуре не ниже -50 0 C . Заряженные батареи с электролитом хранятся по возможности при температуре не выше 0 0 C . Минимальная температура их хранения: -30 0 C . При чрезмерно низких температурах электролит может замерзнуть. При плотности электролита g 25 =1,31 г/см 3 электролит замерзает при температуре ниже -40 0 С, при g 25 =1,27 г/см 3 электролит замерзает при температуре до -30 0 С. Перед постановкой на хранение несухозаряженной батареи необходимо:1) полностью зарядить батарею; 2)скорректировать плотность электролита; 3) если потребовалась коррекция плотности, то следует подзарядить батарею в течение 30 минут для выравнивания плотности электролита по объему каждой банки; 4) удалить с батареи токопроводящий слой, используя для этого раствор питьевой соды или нашатыря.
Как и для любого мобильного устройства, для iPhone и iPad очень важна автономность. С каждым годом запросы пользователей растут, сценарии использования расширяются, а возможности батарей в мобильных гаджетах остаются на прежнем уровне из-за постоянно уменьшающихся толщины и веса .
Жалобы на недостаточное время автономной работы можно услышать от многих пользователей, но как же понять, нуждается ли батарея вашего аппарата в замене или вы просто слишком активно его используете? Об этом и пойдет речь дальше.
Разряжается или нет
Это прозвучит банально, но для начала нужно понять, разряжается ли устройство само или его разряжаете вы. Для этого достаточно просто на время воздержаться от активного использования и понаблюдать за уровнем заряда. Лучше всего полностью зарядить аппарат и оставить на ночь, предварительно сделав скриншот с уровнем заряда на текущее время. Не забудьте также отключить уведомления, чтобы исключить возможность разряда из-за множества пушей.
Утром проверьте уровень заряда. Если он не изменился или упал на пару-тройку процентов - значит с батареей всё нормально и ускоренный разряд вызван активным использованием. Если же заряд упал более чем на 10% - что-то всё-таки её разряжает. В этом случае переходим к следующему пункту.
Определяем причину разряда
Нам нужно определить, куда уходит заряд: «отъедают» ли его фоновые процессы и службы или же разрядка вызвана уменьшением ёмкости батареи вследствие износа. Это довольно просто сделать через встроенную функцию статистики использования аккумулятора. Начиная с iOS 7.0, у нас есть не только скупые цифры использования и ожидания (хотя, достаточно и их), а даже детальная статистика по приложениям.
Суть заключается в том, что в режиме ожидания iPhone и iPad не должны разряжаться, а значит время ожидания из меню статистики должно быть значительно больше, чем время использования (при том что устройство находится в состоянии покоя).
Если у вас время ожидания равно или почти равно времени использования - значит имеет место фоновая активность приложений или сервисов, которая и является причиной разряда. Стоит проверить приложения из списка и их доступ к обновлению контента, геолокации и прочему. А вот ещё несколько полезных советов для вас.
Если же всё в порядке, а батарея всё равно держит очень мало даже при щадящем использовании - переходим к следующему пункту.
Тестируем аккумулятор
Почти наверняка проблема заключается в износе аккумулятора, который неизбежен при длительной эксплуатации. В процессе заряда-разряда ёмкость батареи уменьшается. В iPhone она падает до 80% после 500 циклов перезаряда, iPad выдерживает вдвое больше - 1000. Узнайте, насколько снизилась максимальная ёмкость аккумулятора на вашем аппарате. Если падение слишком большое и текущая автономность вас не устраивает, батарею пора менять.
Если ваше устройство обновилось до iOS 11.3, то вы сможете узнать, насколько уменьшилась ёмкость его аккумулятора за всё время эксплуатации, без дополнительных программ. Для этого откройте раздел «Настройки» → «Аккумулятор» → «Состояние аккумулятора». Устройство покажет текущее значение максимальной ёмкости в процентах от исходного.
Если на вашем устройстве установлена более старая версия iOS, вы можете узнать состояние аккумулятора с помощью бесплатного приложения Battery Life Doctor. Запустите его и нажмите Details возле пункта Battery Raw Data — в следующем меню увидите параметр Design Capacity (исходная максимальная ёмкость). Рядом с ним будет отображаться текущая максимальная ёмкость батареи в процентах от исходной.
Ещё один способ узнать состояние аккумулятора — в программе iBackupbot для macOS и Windows.
Загружаем программу по ссылке , открываем, подключаем аппарат к компьютеру и кликаем More Information. Нас интересуют показатели DesignCapacity (исходная максимальная ёмкость) и FullChargeCapacity (текущая максимальная ёмкость). Остаётся посчитать разницу самостоятельно. Если она окажется слишком большой, подумайте над заменой батареи.
Что делать дальше
75–80% от заводской ёмкости это ещё не смертельно и с этим спокойно можно жить дальше, но если для вашего сценария использования такая автономность не годится, то придется заменить аккумулятор.
Делать это лучше в официальных или внушающих доверие сервисах. Если решите провести замену самостоятельно, то не покупайте подозрительно дешёвые аккумуляторы и имейте в виду, что в отличие от iPhone 4/4s в более поздних девайсах (и всех iPad) процедура замены предполагает полную разборку устройства, что требует соответствующих навыков.
И ещё. Перед тем, как отправляться в сервисный центр, попробуйте откалибровать батарею . Многим помогает, а попытка - не пытка.
Как восстановить работоспособность автомобильного аккумулятора
Восстановление ёмкости аккумуляторов
Самый простой и распространенный способ - многократной зарядки малым током с перерывами между зарядками. К концу первого и последующих зарядов напряжение на аккумуляторе повышается, и он перестаёт воспринимать заряд. За время перерыва электродные потенциалы на поверхности и в глубине активной массы пластин выравниваются, при этом более плотный электролит из пор пластин диффундирует в межэлектродное пространство и снижает напряжение на аккумуляторе во время перерывов. В процессе циклического заряда, по мере набора аккумулятором ёмкости, плотность электролита повышается.
Когда плотность станет нормальной для данного типа аккумулятора, а напряжение на одной секции достигнет 2,5-2,7 В, заряд прекращают.
Режимы многократной зарядки:
Зарядный ток 0,04-0,06 номинальной ёмкости. Время первого и последующих зарядов - 6-8 часов. Время перерыва между зарядами - 8-16 часов. Количество циклов (заряд- перерыв) - 4-6 часов.
J зар. = 0,04+0,06*Cн.
Восстановление свинцового аккумулятора, с не полной потерей ёмкости.
Чтобы восстановить аккумулятор, который потерял ёмкость - растворить сульфаты (дисульфатировать), нужно просто подать, на него, высокое напряжение, и долго, его так держать. Однако, с повышением напряжения, также и увеличивается интенсивность газовыделения. Поэтому, нам нужно делать паузы, для успокоения аккумулятора.
Берём аккумулятор, потерявший ёмкость из-за сульфатации. Наливаем в него воды, если он выкипел, но не много, примерно столько кубических сантиметров, сколько по паспорту ампер-часов. А то может и меньше. Подключаем его, через реле, времени к источнику тока, которое на 13 минут подключает аккумулятор к источнику и отключает на 13 минут. Сначала подаём 14,3-14,4 вольта, делаем полных 2 цикла. Держим под напряжением, после того, как оно достигнет настроенной величины, на аккумуляторе, в данном случае 14,3-14,4 вольта, сутки. После, чего повышаем напряжение до 14,5-14,6 в, также делаем два цикла. После чего повышаем напряжение до 14,8 В, и делаем столько циклов, пока при контрольном разряде, не обнаружите резкое сокращение прибавки ёмкости. Циклы нужны, не только для слежения, на сколько ёмкость добавляется, но и для того, чтобы электролит перемешивался, с вновь возникшей кислоте, из сульфата свинца. После того, как восстановили аккумулятор, доливаем воды, до тех пор, пока не увидите, что вода перестала впитываться, внимательно следите, чтобы не перелить. После чего, пару циклов для перемешки электролита нужно сделать, но заряжать большим напряжением не нужно.
Экспериментальные данные
Для экспериментов с процессом дисульфатации, было сделано реле времени, которое, включало подачу тока, на 13 минут и отключало на 13 минут. Условия, и время действия напряжения, примерно одинаковы. Время действия, примерно сутки.
Если подавать, на сульфатированный аккумулятор 10 ач напряжение 14,3 вольта, сутки, 13 минут, через 13 минут. После чего проводим контрольный разряд на лампочку 2 ампера, то наблюдается увеличение времени свечения этой лампочки на 6-7 минут, если при исправном аккумуляторе, такой ёмкости, она светит 5 часов. При подаче 14,5 вольта, за такой-же сеанс, добавляется 10-13 минут свечения. При подаче 14,8 вольта, добавляется 24-29 минут ёмкости. Во всех случаях, наблюдается сильное газовыделение, чем больше напряжение, тем и газовыделение больше.
Из этих данных следует, что выгоднее для дисульфатации подавать 14,8 вольт.
Добавление ёмкости происходит в момент подачи напряжения, и зависит от времени действия его.
Оптимальным временем, считаю 1 сутки время действия напряжения 14,8 вольта. То есть, после того, как достигло напряжение 14,8 вольта, нужно продержать аккумулятор сутки, через реле времени, 13 мин через 13 мин.
В связи с тем, что при дисульфатации происходит сильное газовыделение, рекомендую воды много не наливать, налить столько кубических сантиметров, сколько ампер-часов имеет аккумулятор по паспорту. Чтобы оставались поры, для выхода газа, иначе механическим газовым воздействием, может осыпать намазку.
Восстановление ёмкости аккумуляторов быстро, но не очень просто
Cпособ отличается высокой эффективностью и оперативностью (аккумулятор восстанавливается менее чем за час).
Разряженный аккумулятор предварительно заряжают. Из заряженного аккумулятора сливают электролит и промывают 2-3 раза водой. В промытый аккумулятор заливают аммиачный раствор трилона Б (ЭТИЛЕНДИАМИНТЕТРАУКСУСНОКИСЛОГО натрия), содержащий 2 весовых процента трилона Б и 5 процентов аммиака. Время десульфатации раствором - 40-60 мин.
Процесс десульфатации сопровождается выделение газа и возникновением на поверхности раствора мелких брызг. Прекращение газовыделения свидетельствует о завершении процесса. При сильной сульфатации обработку раствором следует повторить.
После обработки аккумулятор промывают не менее 2-3 раз дистиллированной водой, затем заполняют электролитом нормальной плотности.
Залитый аккумулятор заряжают зарядным током до номинальной ёмкости согласно рекомендациям в паспорте.
По вопросу приготовления раствора желательно обратиться на предприятия, имеющие химические лаборатории. Раствор хранить в затемнённом месте в сосуде с герметической крышкой во избежание испарения аммиака.
Восстановление ёмкости методом дисульфатации постоянным, стабилизированным напряжением.
Этот способ восстановления имеет 100 процентную эффективность , другими словами, если не удастся этим способом восстановить аккумулятор, то не удастся его восстановить ни каким другим способом. Я восстанавливал таким способом всякие аккумуляторы и с полной потерей ёмкости, напряжение на которых было около нуля вольт (0,5в), и не полной потерей когда напряжение менее 13,0в.
Сам способ очень простой.
Подаём 14,7 - 15 Вольт (ограничиваем ток до 1,5 ампера, если аккумулятор 10-15 ач) на потерявший ёмкость аккумулятор, и так оставляем на 12-15 часов. Батарея будет кипеть, но не пугаться, так и должно быть.
После этого, немного разряжаем, например, подключаем лампочку, чтобы электролит перемешался.
Дальше ставим на зарядку также как и первый раз: подаём 14,7-15 Вольт (напряжение просядет, но оно не должно превышать 14,7-15 Вольт, когда аккумулятор зарядится, то есть ограничить 14,7-15 В), и так оставляем еще на 12-15 часов.
После этого, отключаем стабилизатор напряжения, и даём отстояться аккумулятору где-то сутки, после чего делаем замер напряжения, который должен быть в районе 13,0-13,2 вольт при +20 градусах.
Если напряжение менее этой величины, повторяем циклы восстановления до тех пор, пока напряжение не поднимется, до указанных цифр.
Если напряжение на аккумуляторе не достигает 13,0 В, а где-то в районе 12,7 В, это тоже может быть не плохо, для слабой плотности электролита это нормальное напряжение. Если же напряжение не достигло и 10 вольт, этот аккумулятор сломан механически: замкнули пластины, обсыпались пластины и т.д. Такому аккумулятору дорога только на металлолом.
Лучше, конечно, делать контрольный разряд после каждого цикла восстановления, чтобы нам иметь представление о добавлении или не добавлении ёмкости. Для этого находим лампочку с такой нагрузкой, чтобы аккумулятор разрядился за 4-5 часов, чтоб нам много не ждать и замеряем время разряда, но учтите, напряжение батареи нельзя допустить ниже 10,5 В при разряде.
Ещё очень важное замечание. Если аккумулятор герметизированный AGM или гелевый, то не оставляйте клапаны открытыми, воздух не должен поступать в пластины, иначе ёмкость потеряется. Перед восстановлением таких аккумуляторов желательно добавить воды. Для этого отрываем верхнюю пластмассовую крышку, чтобы добраться до резиновых клапанов, поднимаем клапаны и со шприца доливаем дистиллированную воду, но не много, чтобы вода чуть чуть покрыла пластины(не наливать больше!). Чтобы увидеть воду нужно чем-то посветить, например зажигалкой-фонариком. Закрываем клапаны, сверху крышкой придавливаем и заматываем скотчем.
Если аккумулятор потерял всю ёмкость, это когда напряжение менее 10 В.
Подключаем восстанавливаемый аккумулятор к стабилизированному источнику напряжения на котором должно быть настроено 15 в (ток ограничен до 1/10 от ёмкости аккумулятора). И ждать часов 15. В это время посматривать время от времени, в какое-то время аккумулятор начнёт медленный приём тока, а напряжение будет падать в этот момент, потом ток увеличится до максимального а напряжение упадёт до низшей точки (обычно это около 12,4 в), после этого момента ждём 15 часов, чтобы аккумулятор зарядился. Потом восстанавливаем аккумулятор как частично потерявший ёмкость (см. выше).
Бывают такие случаи, когда аккумулятор не начинает принимать ток и после 15 часов. Тогда следует увеличить напряжения до 20 вольт, я добавлял и больше, немного посидеть несколько минут и посмотреть по току, может пойти сразу.
Если ток сразу не пошёл, тогда нужно почаще посматривать, главное не пропустить тот момент, когда аккумулятор зарядится, чтобы напряжение на нём не превысило 15 В, то-есть нам нужно ограничить напряжение как можно быстрее до зарядки.
Да, ещё очень важное замечание, не останавливайте процесс восстановления на пол пути, обязательно закончите цикл.
Восстановление аккумулятора кратковременным импульсом тока большой величины.
Иногда случается так, что вследствие каких-либо причин, пластины одной из банок аккумулятора каким-либо образом замкнулись и их заряд становится невозможным.
Логично предположить, что причину замыкания можно устранить путём выжигания проблемного участка. Для этого аккумулятор подключают к источнику очень сильного тока, не менее 100 ампер, например, сварочный аппарат, с выпрямительным диодом на выходе. Цепь замыкается на 1-2 секунды, за это время причина замыкания должна испариться из-за сильного перегрева.
Несколько применений и эффективность данного способа на практике.
Лично мне попадался один 7 а.ч. свинцовый аккумулятор CSB с замкнутой банкой. Аккумулятор пролежал несколько лет без зарядки. Причина замыкания, скорее всего, была в том, что пластины аккумулятора из-за обильно отложившегося сульфата, были покороблены, и проткнулся сепаратор.
Подключив к сварочному аппарату на 2-3 секунды, замыкание удалось устранить, но последующие меры восстановления были безуспешными, что и неудивительно, ведь полностью потерявшие ёмкость свинцовые необслуживаемые аккумуляторы, не восстанавливаются. Но применение данного метода к другим типам аккумуляторов может быть вполне обоснованным.
Пример 2.
О своём опыте применения данного метода к никель-кадмиевому (NiCd) аккумулятору, мне поведал один знакомый, ему таким способом удалось реанимировать и ввести в эксплуатацию шахтный никель-кадмиевый аккумулятор, «KCSL 12», для коногонок.
Пример3.
Другой знакомый откачал литий-ионнный (Li-ion) аккумулятор от DVD переносного проигрывателя. В литий-ионных аккумуляторах при глубоком разряде иногда образуется медный, замыкающий шунт между пластинами. Результатом восстановления, был таков, что ёмкость аккумулятора стала выше, чем она была в тот момент, когда он был новым.
Восстановление обслуживаемых аккумуляторов в частности автомобильных.
Есть один способ способный восстановить ваш аккумулятор.
Суть способа.
Выливаем весь электролит. Заливаем в аккумулятор дистиллированную воду до уровня покрытия пластин. Подключаем к аккумулятору постоянное напряжение около 14 вольт и оставляем на 1-2 часа. После чего прислушиваемся к аккумулятору, если слышим, что он бурлит, немного снижаем напряжение. Оставляем на полчаса и прислушиваемся снова: наша задача держать такое напряжение на аккумуляторе, чтобы газовыделение было минимальным, но чтобы оно было.
Держим, под таким напряжением, аккумулятор неделю, а лучше две. После этого дистиллированная вода в аккумуляторе превратится в электролит слабой плотности, за счёт растворения сульфата свинца и его превращения в молекулы серной килоты, в результате химической реакции. Сливаем весь электролит, и заливаем снова дистиллированную воду. Также, подключаем напряжение, следим, чтобы аккумулятор немного, иногда пускал пузырьки, и держим 1-2 недели.
Если электролит больше не меняет плотность, то можно прекращать дисульфатацию.
После этого сливаем образовавшийся слабый электролит и вливаем электролит нормальной плотности. Подключаем ваше зарядное устройство и заряжаем аккумулятор как обычно, до состояния полной заряженности.
После этого нужно померить плотность электролита и выровнять до нормальной плотности во всех банках.
Всё ваш аккумулятор восстановлен.
Если вам нечем померить уровень электролита низкой плотности, то, на всякий случай, можете выполнить ещё один, третий, такой цикл.
Указанные процедуры применять имеет смысл, если пластины аккумулятора ещё целые, если в вашем аккумуляторе явно просматривается осадок особенно с кусками пластин свинца, то оно того явно не стоит.
Исследователи батарей настолько фокусируются на литиевых аккумуляторах, что кто-то может вообразить, что будущее исключительно за ними. Для оптимизма, действительно, есть веские причины, поскольку литий-ионные аккумуляторы во многих отношениях превосходят другие типы. Количество устройств растет, и они вторгаются на рынки, которые ранее прочно удерживались свинцово-кислотными аккумуляторами. Многие спутники в качестве источника питания также используют литий-ионные аккумуляторы.
Литий-ионные аккумуляторы еще не достигли полной зрелости, и работы по улучшению их характеристик продолжаются. Очевиден значительный прогресс в долговечности и безопасности, в то время как емкость растет постепенно. Сегодня литий-ионный аккумуляторы соответствуют ожиданиям большинства потребительских устройств, однако аккумуляторы для электротранспорта нуждаются в дальнейшем совершенствовании, прежде чем этот источник питания станет общепринятой нормой.
Каковы причины старения литий-ионного аккумулятора?
Принцип работы литий-ионного аккумулятора основан на перемещении ионов между положительным и отрицательным электродами. В теории такой механизм должен работать вечно, но циклы заряда-разряда, повышенная температура и старение со временем ухудшают рабочие характеристики. Производители придерживаются осторожного подхода и для большинства потребительских продуктов указывают срок службы литий-ионных аккумуляторов между 300 и 500 циклами заряда/разряда.
Однако оценку срока службы аккумулятора на основании подсчета циклов нельзя считать бесспорной, поскольку глубина разряда может варьироваться, и четких стандартов, определяющих, что представляет собой цикл, не существует (см. ). Вместо подсчета циклов некоторые производители устройств предлагают заменять аккумулятор, ориентируясь на маркировку даты выпуска, но этот метод не принимает во внимание интенсивность его использования. Аккумулятор может выйти из строя раньше отведенного времени из-за активного использования или неблагоприятных температурных условий. Тем не менее, большинство аккумуляторов служит значительно дольше, чем показывает маркировка даты.
Характеристики аккумулятора определяются емкостью - основным показателем его здоровья. Внутреннее сопротивление и саморазряд тоже играют роль, но не столь значимую для предсказания конца срока службы современного литий-ионного аккумулятора.
Рисунок 1 иллюстрирует снижение емкости 11 литий-ионных аккумуляторов, протестированных в лаборатории Cadex. Пакетные элементы для мобильных телефонов емкостью 1500 мА×ч первоначально были заряжены током 1500 мА (1C) до напряжения 4.2 В на элемент, после чего подзаряжались до полного насыщения током 75 мА (0.05C). Затем током 1500 мА аккумуляторы были разряжены до 3 В на элемент, и цикл повторялся. Потеря емкости происходила равномерно на протяжении всех 250 циклов, и поведение аккумуляторов соответствовало ожиданиям.
Несмотря на то, что в течение первого года службы аккумулятор должен обеспечивать 100-процентную емкость, совершенно обычной является ситуация, когда фактическая емкость оказывается ниже указанной, и время хранения на складе может вносить в эту потерю свой вклад. В дополнение, производители склонны давать завышенную оценку своим аккумуляторам, заведомо зная, что очень немногие потребители будут делать выборочные проверки и предъявлять претензии, если емкость окажется низкой. Не обладающие потребительским опытом пользователи могут приобрести аккумуляторы с пониженной емкостью.
Аналогично тому, как механическое устройство изнашивается быстрее при интенсивном использовании, глубина разряда определяет количество циклов перезаряда аккумулятора. Чем меньше глубина разряда, тем дольше прослужит аккумулятор. По возможности следует избегать полных разрядок и чаще заряжать аккумулятор между использованиями. Неполный разряд полезен для литий-ионного аккумулятора. У него отсутствует эффект памяти, поэтому циклы полного разряда для продления жизни аккумулятору не нужны. Исключением может быть периодическая калибровка измерителя уровня заряда на «умной батарее» или интеллектуальном устройстве.
В Таблице 1 показана зависимость от глубины разряда количества циклов перезаряда, за которые емкость аккумулятора упадет до 70 процентов. Все остальные параметры, такие как напряжение заряда, температура и общие токи по умолчанию установлены в средние значения.
| Таблица 1. | Зависимость количества циклов перезаряда от глубины разряда. Неполный разряд продлевает срок службы аккумулятора. Повышенная температура и высокие токи также оказывают негативное влияние на ресурс аккумулятора. |
|||||||||||||||
|
||||||||||||||||
Высокая температура, так же как и высокое напряжение заряда, оказывают неблагоприятное воздействие на состояние литий-ионного аккумулятора. Для большинства литий-ионных аккумуляторов температура окружающей среды считается повышенной начиная с 30 °C, а напряжение более 4.1 В на элемент рассматривается как высокое. Воздействие на аккумулятор высокой температуры и длительное хранение в полностью разряженном состоянии могут иметь более губительные последствия, чем циклы заряда и разряда. Таблица 2 иллюстрирует зависимость потери емкости от температуры и уровня заряда.
| Таблица 2. | Оценочные значения восстанавливаемой емкости после хранения литий-ионного аккумулятора в течение одного года при различных температурах. Повышенная температура ускоряет потерю емкости. Не все типы литий-ионных аккумуляторов ведут себя так же. |
|||||||||||||||
|
||||||||||||||||
Большинство литий-ионных аккумуляторов заряжается до 4.2 В на элемент, и каждое снижение этого напряжения на 0.1 В удваивает их ресурс. Например, литий-ионный элемент, заряжаемый до 4.2 В, обычно выдерживает 300…500 циклов перезаряда. Если же он заряжается только до 4.1 В, срок службы может быть продлен до 600…1000 циклов, 4.0 В должны обеспечить 1200…2000, а 3.9 В - 2400…4000 циклов.
Негативной стороной такого подхода является уменьшение количества заряда, запасаемого в аккумуляторе. Снижение напряжения заряда на 70 мВ уменьшает общую емкость на 10%. Последующая зарядка до предельного напряжения восстанавливает полную емкость.
С точки зрения долговечности оптимальным напряжением заряда является 3.92 В на элемент. Эксперты считают, что при таком уровне порога исключаются все неблагоприятные факторы, связанные с напряжением аккумулятора. Дальнейшее снижение порога не даст дополнительного выигрыша, зато может привести к другим негативным последствиям (см. ). В Таблице 3 приведена зависимость емкости от уровня заряда. (Все значения оценочные; параметры элементов с более высокими пороговыми напряжениями могут отличаться от истинных).
| Таблица 3. | Зависимость количества циклов разряда и емкости от предельного напряжения заряда. Каждое снижение на 0.1 В от уровня 4.2 В удваивает количество циклов перезаряда, но уменьшает емкость. Напряжение, превышающее 4.2 В на элемент, может сократить срок службы аккумулятора. Снижение напряжения заряда на 70 мВ уменьшает емкость на 10%. |
||||||||||||||||||
|
|||||||||||||||||||
Большинство зарядных устройств для мобильных телефонов, ноутбуков, планшетов и цифровых камер заряжают литий-ионный аккумулятор до напряжения 4.2 В на элемент. Это позволяет закачать максимальный заряд, поскольку потребителю не нужно ничего, кроме оптимального времени работы. С другой стороны, промышленность, больше заинтересована в долговечности устройств и может выбирать более низкие пороги напряжений. Такими примерами могут служить cпутники и электротранспорт.
Для многих литий-ионных аккумуляторов соображения безопасности не позволяют превышать напряжение 4.2 В на элемент. (Исключением являются некоторые литий-никель-кобальт-марганцевые аккумуляторы). С одной стороны более высокое напряжение увеличивает емкость, но с другой - сокращает срок службы и снижает уровень эксплуатационной безопасности. Рисунок 2 демонстрирует зависимость количества циклов от напряжения заряда. При напряжении 4.35 В количество циклов обычного литий-ионного аккумулятора сокращается вдвое.
Помимо того, что для каждого конкретного приложения требуется подбор наиболее подходящих порогов напряжения, обычный литий-ионный аккумулятор нельзя оставлять надолго под высоким напряжением 4.2 В. Поэтому зарядное устройство отключает зарядный ток, позволяя напряжению аккумулятора вернуться к более естественному уровню. Это напоминает расслабление мышц после напряженной тренировки .
Что может сделать пользователь?
На долговечность литий-ионных аккумуляторов влияют не только циклы перезаряда, но и условия окружающей среды. Наихудшей ситуацией является хранение полностью заряженного аккумулятора при повышенных температурах. Аккумуляторы не умирают внезапно, но их ресурс сокращается постепенно, по мере снижения емкости.
Более низкие напряжения заряда продлевают срок службы аккумулятора, что учитывают разработчики электротранспорта и спутников. Аналогичный подход мог бы использоваться и в отношении потребительских устройств, но такое бывает нечасто, и обычно заменяется учетом планируемого старения.
Срок службы аккумулятора ноутбука можно продлить, снизив напряжения заряда, когда он подключен к сети переменного тока. Чтобы сделать такую функцию дружественной для пользователя, устройство должно иметь режим «Долгая Жизнь», который будет поддерживать напряжение аккумулятора равным 4.05 В на элемент, обеспечивая емкость порядка 80 процентов. За час до путешествия пользователь включает режим «Полная Емкость», чтобы довести заряд до 4.2 В на элемент.
Нередко можно услышать вопрос: «Должен ли я отключать свой ноутбук от электрической сети, когда он не используется?» В обычных условиях это необязательно, поскольку по достижении литий-ионным аккумулятором полного заряда его зарядка прекращается. Подзарядка возобновляется только тогда, когда напряжение аккумулятора снижается до определенного уровня. Большинство пользователей не отключают блок питания, и такая практика безопасна.
Современные ноутбуки греются меньше, чем старые модели, и сообщения о возгораниях поступают реже. Если работающие электрические устройства с воздушным охлаждением находятся на постели или подушке, всегда следите за тем, чтобы вентиляционные отверстия не были закрыты. Прохладный ноутбук продлевает срок службы аккумулятора и внутренних компонентов. Элементы большинства потребительских устройств должны заряжаться током 1C или меньше. Избегайте так называемых сверхбыстрых зарядных устройств, которые, по утверждению производителей, способны полностью зарядить аккумулятор быстрее чем за час.