ЗАРЯДНЫЕ УСТРОЙСТВА ДЛЯ ТЯГОВЫХ АККУМУЛЯТОРНЫХ БАТАРЕЙ

ТЕРЯЮТ или ВЫИГРЫВАЮТ  ВРЕМЯ И ДЕНЬГИ ?

            Настоящий обзор  не является строго научным, а скорее обобщение 30-летнего опыта исследования разных режимов заряда и зарядных устройств (ЗУ) для свинцовых тяговых аккумуляторных батарей (ТАБ). Основная цель – удобство вэксплуатации и продлeние жизни батарей.
Автор 30 лет работает конструктором и руководителем отдела инноваций на заводе зарядных устройств  „VC – CONVERT”  и „Балканкар рекорд”.

            Почему стационарные батареи в области энергетики и телекомуникаций или стартерные батареи в автомобилях работают дольше,чем тяговые в напольном электротранспорте (кары, погрузчики, тягачи, трапы, уборочные машины  и т.п.)?

Самая существенная разница (если не рассматривать конструктивные особенности) – режимы эксплуатации батареи:

            1 – Разряд ; 2 – Заряд  ; 3 – Подзаряд ; 4 – Отдых
Рис.1

• У стационарных батарей и АПС-систем 98% работы проходит в режиме подзаряда с температурной компенсацией.
• В автомобилях стартерные батареи подвержены неполному кратковременному ударному разряду, а потом ускоренный заряд , подзаряд реверсивным током и отдых.
• У каров есть два режима работы:
• Интенсивный – по 2 цикла заряд/разряд в сутки, 6 дней в неделю

            Обычно 1 день в неделю батарею можно поставить на выравнивающий заряд.

• Нормальны й – по 1 циклу заряд/разряд в сутки , 5 дней в неделю

            Два дня батарея может оставаться подключенной к выпрямителю для подзаряда.

Из сделанного сравнения  видно, что тяговые батареи подвергаются полному циклу заряд – разряд. Производители ТАБ рассчитывают их ресурс обычно на 1200÷1500 таких циклов. Такого ресурса они могут достигать только при строгом соблюдении ряда требований по обслуживанию батарей.
Здесь мы будем не обсуждать бесспорные рекомендации по хранению, вводу в эксплуатацию и работе ТАБ в составе  кара, а принципиальные различия, преимущества и недостатки разных режимов заряда и зарядных устройств для ТАБ.
Чтоб были аккуратными в нашем изложении, введём некоторые термины и определения:

Примечание:
IсТ – Ток в амперах,  выражается как отношение   = IcT
Пример: для ТАБ с ёмкостю  С5 = 100Ah    

Что нужно для зарядки батарей ?

 Если  ваша ТАБ с емкостю С5 = 100Ah  полностью разряжена   до 1,73 V/элемент, т.е. от неё взято 100Ah, от ЗУ требуется „вернуть” в батарею за время от 6 до 14 часовне 100, а 120Ah .

Времязарядные характеристики ТАБ с примерной емкостю С5 = 100Ah
в зависимости от зарядного тока IcT

Рис.2

Вывод: Степень заряженности зависит не от зарядного тока, а от режима заряда.

            Теоретически это легко  выполнимо:

            Если напряжение ЗУ стабилизировано на 2,4V/эл (20оС), тогда во время заряда батарея принимает столько Ампер, сколько Ah ей необходимо.

Если смотреть на кривые „А”  на рисунке 2, то видно, что  если для С5 = 100Ah батареи мы берём ЗУ с током 100А, то оно вернуло бы 100Ah за 5 часов, но для 100% заряда  необходимы 120Ah!

Характерные особенности и проблемы при заряде и поддержке свинцовых ТАБ:

Как сказано выше, заряд до напряжения  2,4V/эл не имеет проблем, несмотря на типы зарядных характеристик А, Б, С или Д. Здесь процесс заряда проводится по законам химии – с высоком КПД, без бурного газовыделения и нагрева электролита. Способ преобразования сетевого напряжения и кривая тока не имеют значение. Но ТАБ всё-таки не заряжается на 100% потому, что нужные для этого 120Ah не могут вернуться  в батарею при напряжении 2,4V/эл.

Почему нужно вести зарядку до  120% С5 ?

Каждая батарея составлена от последовательно соединенных отдельных элементов, которые не имеют одинаковой емкости. Во время циклического режима эксплуатации – заряд-разряд – некоторые элементы заряжаются не полностью, отсюда возникают условия для сульфатизации. Это элементы с заводской неформованной массой или с низкой степенью первоначального заряда. Чем больше циклов заряд-разряд, тем больше становится разница заряженности отдельных элементов. Недозаряженные элементы сульфатизируют и в последующие циклы заряда они быстро поднимают своё напряжение, кипят  и не заряжаются в амперчасах. Чтобы они достигли полного заряда и батарея могла бы отдать 100% С5, а нагрузочные характеристики были бы хорошие, для этого требуется заряд  120% С5  за время Т=10-14h.

Одно из решенийэтой проблемы  – форсированный заряд ограниченным током. Этот процесс производится при напряжении выше 2,4V/эл. Этот процесс, кроме электрохимического, является и физическим – происходит газовыделение (разложение на Н2О, H2 и О2), которое сопровождается повышением температуры электролита – процесс экзотермический.

Отсюда возникают и проблемы – так называемый электрохимический потенциал удаления водорода выше 2,3V/эл (20оС). Он сильно зависит от  температуры электролита: чем она выше, тем потенциал ниже, и водород удаляется бурно. Электролит прогревается быстро и сильно.
Возникающие при разложении воды пузырки прилипают к поверхности элементов и уменьшают их рабочую поверхность. При этом увеличивается внутреннее сопротивление батареи. Что ведёт к повышению общего зарядного напряжения, большим потерям мощности и нагреванию.

Этот процессведет к неустойчивому состоянию батареи. При использовании ЗУ низкого класса с нестабилизированными параметрами ТАБ достигает режима так называемой „температурной лавины”, когда вся энергия преобразуется в теплоту.

Конечным результатом такого неправильно управляемого процесса может быть:
1. Батарея разрушится от:

• Перегрева, ведущего к изгибу плит элементов и короткому замыканию между ними
• Выкипания электролита
• Выпаривание воды и повышение концентрации H2SО4, приводящей к сульфатизации и разрушению плит элементов
• Периодический перезаряд
• Электрохимическая  коррозия токоведущих стержней в положительных плитах
• Тяжелая  эксплуатация:
• Выделение взрывоопасных газов и аэрозолей
• Частое доливание воды
• Необходимость в квалифицированном контроле зарядного процесса
• Чёткий отсчет  степени заряженности батареи во время работы

У ЗУ, обеспечивающих дозаряд стабилизированным нормированым током, оба процессакомпенсируют друг друга и в определенный  момент (в зависимости от  температуры окружающей среды) они приходят в равновесие. Общее напряжение больше не поднимается.
Установившийся режим постоянного напряжения и плотности электролита за определённое время считается  критерием заряженности батареи.
Такой режим реализован у «интеллигентных» зарядных устройств высшего класса с микропроцессорным контролем и стабилизированными параметрами. Они обеспечивают комфорт эксплуатации и длительную жизнь батарей.
Устройства этого класса можно найти в номенклатуре следующих фирм:
VC-CONVERT,  EXIDE, BENNING, CLORIDE, FULMEN, ZAPPI и др.

За 30 лет научной исследовательской и внедренческой деятельности мы с моими сотрудниками и при содействии научных работников ведущих институтов установили режимы заряда и создали ЗУ, удовлетворяющие требованиям оптимального заряда, долгой жизни и удобству эксплуатации ТАБ – это гамма  зарядных устройств „EPKar”.
Заряжаемые такими устройствами батареи работают уже 11 лет и прошли двукратно указанные  производителем 1500 циклов.

            Сколько Вам стоит правильный выбор зарядного устройства?

            Стоимость ЗУ в несколько раз ниже чем ТАБ, а разница в ценах высшего и нижнего класса ЗУ минимальна  по отношению к цене батареи.
 Низкий класс ЗУ сокращает жизнь батареи на 20÷30%. За период эксплуатации ЗУ возникает необходимостьв покупке ещё одной дополнительной батареи.
Высокий класс устройства продлевает жизнь батареи не менее на 10% и этим они окупают себя, а также отпадает необходимость тратитьсущественные деньги на дополнительную батарею. Они обеспечивают Ваше спокойствие и комфорт во время эксплуатации.

Сейчас на рынке в зависимости от зарядных характеристик предлагают три класса зарядных устройств:

1.Зарядные  устройства низкогоклассас нестабилизированной  характеристикой.
Ток, указанный на зарядном устройстве, обычно максимальный, который протекает 20 – 30 минут в начале заряда. Основной зарядный ток равен половине от указанного. Время заряда 12 – 14 часов. Зарядный ток очень зависит от напряжения сети. Когда оно низкое, батарея остаётся недозаряжена и сульфатизирует, а когда высокое  – происходит сильное газовыделение, батарея кипит и перезаряжается. Приэтом жизнь батареи очень сокращается. Необходимы постоянный контроль и уход за состоянием батареи квалифицированным персоналом.

• Зарядные устройства среднего класса с стабилизированной  характеристикой с гладким током.

            Параметры ток и напряжение стабилизированные, есть режим дозаряда нормированным током. Время заряда от 6 до 10 часов. Выключается по времени или по другим относительным критериям заряженности.
Поскольку  зарядные параметры батареи сильно зависят от температуры, зимой батарея может остаться недозаряжена, а летом перезарежена. Это сопровождается перегревом, кипениемэлектролита и сильным газовыделением.
Жизнь батареиможет достигнутьуказанной производителем, но зависит от чёткого контроляи обслуживания квалифицированным персоналом.

• Зарядные  устройства высшего  класса с пульсирующим  реверсивным током.

            Типопредставитель –  гамма “EPKar” . У него мягкая зарядная характеристика, которая обеспечивает оптимальный зарядный процесс в зависимости от емкости и режима работы ТАБ.
Допускается заряд в любое время – круглосуточно, несмотря на уровень разряженности.
Зарядное устройство адаптируется к состоянию батареи, что позволяет ейоставаться на подзаряде неограниченное время. Средний ток и напряжение остаются в нормах буферного заряда, как у стационарных батарей.
Благодаря  микроциклам заряд-разряд совершается активная десульфатизация и выравниваниеэлементов по емкости. Батарея держит максимальную емкость и 100% заряженность.
Дифференциальный контроль градиента напряжения обеспечивает минимальное газовыделение, не допускает перезаряд и возникновение температурной лавины. Экономится электроэнергия и не требуется частыйдолив воды.
Одинаковые по емкости элементы гарантируют симметричную нагрузку и хорошие динамические характеристики электротранспорта во время всего разрядного цикла.
Уменьшаются ремонты за счёт отсутствия сульфатизации, отсутствуют внутренние короткие замыкания и электрохимическая коррозия.
Эксплуатация и техническая поддержка значительно облегчены.
            Не требуется квалифицированного персонала.
            Не теряется время на измерение, контроль и наблюдение параметров.
            Жизнь батарей дольше, чем указанапроизводителем.

 
Мы надеемся, что данный наш анализ поможет Вам сэкономить время и деньги для правильного  выбора  Вашего зарядного устройства.

           
ЖдемВаши отзывы и замечания на [email protected]

             С уважением,
             Инженер фирмы  «ВК КОНВЕРТ»  (Болгария, г. Перник)  Н. Деветаков