Как заряжать тяговые аккумуляторы
как установить
Зарядные устройства используют разные технологии и алгоритмы, отличаются мощностью и размерами, но имеют общий принцип работы — аккумуляторы заряжаются потому, что напряжение на выходе с зарядного устройства выше, чем напряжение на клеммах аккумулятора. Разница напряжений заставляет ток течь от источника (зарядного устройства) к нагрузке (аккумуляторной батарее). 
Зарядка тяговых аккумуляторов отличается от зарядки стартовых или автомобильных батарей. Чтобы зарядить 12-вольтовую аккумуляторную батарею зарядное устройство должно обеспечить напряжение не менее 14 вольт. Однако если напряжение превысит 15 вольт, то аккумулятор перегреется, в нем начнется газообразование, испарение электролита и деформация пластин.
Зарядка тягового аккумулятора
Аккумуляторы заряжаются и разряжаются благодаря диффузии – процессу проникновения ионов в активный материал пластин. Диффузия протекает медленно, начинается на поверхности пластины, а затем распространяется вглубь ее активного материала.
На левом графике — зависимость тока, поглощаемого аккумулятором в зависимости от состояния его разряда. На правом графике — ток, получаемый аккумулятором в зависимости от напряжения зарядки
Во время разряда пластины тягового аккумулятора поглощают кислоту из электролита и на них образуется сульфат свинца. Количество электролита в ячейке остается прежним, однако содержание кислоты в нем уменьшается.
При зарядке процесс идет в обратном направлении. Кислота выделяется на обеих пластинах — положительная превращается в оксид свинца, а отрицательная в пористый, похожий на губку свинец. После того, как аккумулятор зарядится, получаемая им электрическая энергия перестает трансформироваться в химическую, а тратится на разложение воды на водород и кислород.
Чтобы диффузии произошла не только на поверхности, но и распространилась вглубь толстых пластин тяговых аккумуляторов, их заряжают в несколько стадий. Эта общепринятая в настоящее время технология заряда основана на способности батарей абсорбировать разный по силе ток в зависимости от состояния заряда.
Стадия насыщения
Кривые изменения тока и напряжения при зарядке тяговых аккумуляторов в три стадии
Первый этап трехступенчатой зарядки –фаза насыщения. Аккумулятор заряжается быстро, выходной ток зарядного устройства максимальный, а напряжение на аккумуляторе зависит от степени разряда батареи. Продолжительность этапа насыщения определяется отношением емкости, которую требуется восстановить, к току зарядки.
Ток заряда во время первого этапа составляет 10 – 100 % от емкости аккумулятора и зависит от типа аккумуляторной батареи. Тяговый аккумулятор воспринимает такой ток до тех пор, пока не достигнет первого контрольного напряжения зарядки и не зарядится до 80% емкости. После этого, его способность усваивать ток резко уменьшается. Это первое контрольное напряжение называется напряжением абсорбции, а следующий этап зарядки – фазой абсорбции.
Во время первой стадии аккумулятору за короткое время передается большое количество энергии, этот этап зарядки очень эффективен и приносит тяговому аккумулятору 75-80% его емкости.
Стадия поглощения
Стадия абсорбции протекает при напряжении, достигнутом в конце первого этапа зарядки, а аккумулятор потребляет только то количество тока, которое может усвоить при этом напряжении. Ток непрерывно уменьшается, до тех пор, пока аккумулятор не достигнет состояния полной зарядки.
Зарядка и разряд аккумулятора — это процесс диффузии внутри батареи. Когда аккумулятор быстро, но не глубоко разряжается, диффузия не распространяется вглубь активного материала аккумуляторных пластин и химические реакции протекают только на их поверхности. После неглубокого разряда вторая фаза зарядки может быть короткой или совсем отсутствовать. Однако при длительном и глубоком разряде требуется продолжительный этап абсорбции.
Стадия абсорбции – это компромисс между высоким напряжением и временем зарядки. Во время нее аккумулятор получает оставшиеся 20-25 процентов энергии и считается заряженным, когда при постоянном напряжении потребляемый ток опускается до 2 процентов емкости.
Поддерживающая зарядка
Третья стадия – это поддерживающая зарядка. После того как потребляемый аккумулятором ток уменьшился до 1-2 процентов от емкости, зарядное устройство понижает напряжение до 13,4 – 13,8 вольт, чтобы не допустить неконтролируемого закипания и вытекания электролита.
Слишком высокое поддерживающее напряжение ведет к ускоренному старению из-за коррозии положительных пластин, а недостаточное не позволяет аккумулятору оставаться полностью заряженным и приводит к сульфатации. Поддерживающее напряжение отличается для тяговых аккумуляторов с жидким электролитом и VRLA аккумуляторов.
Стабилизация
Сульфатация пластин тягового аккумулятора в зависимости от количества циклов заряда-разряда
Фаза стабилизации или выравнивания используется для предотвращения преждевременного старения свинцово-кислотных батарей с жидким электролитом. Это дополнительный, часто пропускаемый этап, который начинается после того как зарядка подойдет к концу. При стабилизации процесс не прекращается, а ток в 4 процента от емкости, продолжает заряжать батарею до тех пор, пока напряжение не повысится до 15,5 -16,2 вольта.
Фаза стабилизации приводит тяговые аккумуляторы к максимальному заряду, контролируемому закипанию электролита и растворению кристаллов сульфата свинца, образовавшихся на поверхности пластин. Стабилизацию батарей с жидким электролитом выполняют каждые 20-50 циклов. Гелевые и AGM батареи стабилизации не подвергают.
Ток и напряжение заряда
Напряжение заряда
Толстые пластины обслуживаемых тяговых аккумуляторов с жидким электролитом допускают повышенное напряжение второй стадии зарядки – 14.8 В. Для AGM, гелевых и необслуживаемых аккумуляторов с жидким электролитом это напряжение — 14.4 – 14,7 В.
Графики заряда аккумулятора с жидким электролитом и гелевого аккумулятора Trojan. Источник https://www.trojanbattery.com/
Гелевые аккумуляторы наиболее чувствительны к повышенному напряжению, поэтому их рекомендуется заряжать в диапазоне 13,8 – 14,4 вольта.
24-вольтовые литий-ионные аккумуляторы заряжаются при напряжении 29.2 вольт, а 12-вольтовые — 14.6 вольт. Напряжение поддерживающей зарядки 26.5 В и 13.25 вольт соответственно.
| Тип аккумулятора | С жидким электролитом | AGM | Гелевые | ||||
| Марка | Trojan SCS 150 | DEKA DС 31DT | DELTA HRL-12-100 | Trojan 31-AGM | DELTA GX12-100 | Trojan 31-GEl | DEKA 8G31DT |
| Напряжение абсорбции, В | 14,8 | 14,8 | 13,8-14,1 | 14,1-14,7 | 13,8-14,1 | 14,1-14,4 | 13,8-14,6 |
| Поддерживающее напряжение, В | 13,2 | 13,4 | 13,4-13,6 | 13,5 | 13,4-13,6 | 13,5 | 13,4-13,6 |
| Напряжение заряда для тяговых аккумуляторов DELTA, Trojan и DEKA |
Напряжение заряда отличается для аккумуляторов разных марок, поэтому в первую очередь руководствуйтесь рекомендациями производителей, а не типом тягового аккумулятора
Ток заряда
Зависит от типа аккумуляторов и определяется в процентах от емкости С20. Чем выше ток, тем быстрее зарядка, но тем больше опасность перегреть и разрушить аккумулятор. Допустимый максимальный ток для разных типов тяговых аккумуляторов:
· Литиевые аккумуляторы – 100% С20
· AGM аккумуляторы – 30-50% С20
· Гелевые – до 30% С20
· Аккумуляторы с жидким электролитом -10-25% С20,
| Тип аккумулятора | С жидким электролитом | AGM | Гелевые | ||||
| Марка | Trojan SCS 150 | DEKA Marine Master DС 31DT | DELTA HRL-12-100 | Trojan 31-AGM | DELTA GX12-100 | Trojan 31-GEl | DEKA 8G31DT |
| Ток зарядки % С20 | 10-13 | 10-13 | 25-30 | ||||
| Ток заряда для тяговых аккумуляторов DELTA, Trojan и DEKA |
Время зарядки аккумулятора
Время зарядки тягового аккумулятора зависит от емкости, которую требуется восстановить, типа аккумулятора и тока зарядки. Чем меньше разряжен аккумулятор и выше зарядный ток, тем быстрее батарея будет готова к повторной работе.
На время зарядки влияет продолжительность стадии абсорбции (последние 20% зарядки), которая составляет около четырех часов. Во время абсорбции потребляемый аккумулятором ток не зависит от мощности зарядного устройства, а определяется самим аккумулятором.