Стартовая >> Книги >> Оборудование >> Аккумуляторные батареи

Заряд аккумуляторных батарей - Аккумуляторные батареи

Оглавление
Аккумуляторные батареи
Электрические характеристики аккумуляторных батарей
Принцип действия аккумулятора
Свинцово-кислотные аккумуляторы
Пластины аккумуляторов
Сепараторы для свинцово-кислотных аккумуляторов
Сосуды для свинцово-кислотных аккумуляторов
Сборка для свинцово-кислотных аккумуляторов
Железо–никелевые аккумуляторы
Никель-кадмиевые аккумуляторы
Серебряно-цинковые аккумуляторы
Электролит для свинцовых аккумуляторов
Свойства щелочных электролитов
Приготовление электролита
Источники повреждений аккумуляторных батарей
Заряд аккумуляторных батарей
Зарядные устройства
Ремонт аккумуляторных батарей
Оборудование мастерской по ремонту аккумуляторных батарей
Ремонт
Сборка аккумуляторных батарей
Охрана труда и техника безопасности
Особенности эксплуатации аккумуляторных батарей на электростанциях и подстанциях
Основные сведения по монтажу
Порядок эксплуатации аккумуляторных батарей
Техническое обслуживание аккумуляторных батарей

6. Заряд аккумуляторных батарей

6.1. Способы заряда

Для заряда можно пользоваться только постоянным током. Если в распоряжении имеется лишь переменный ток, то он должен быть преобразован в постоянный. Это может быть осуществлено при помощи синхронного преобразователя, мотор-генератора или выпрямителя. Общеприняты две системы заряда: а) при постоянной силе тока; б) при постоянном потенциале или постоянном  напряжении. Этот последний обычно слегка видоизменяется путем добавления последовательно соединенного с батареей постоянного сопротивления малой величины, для того чтобы ограничить начальный или пусковой ток и улучшить конечный режим заряда. Такая система называется модифицированной системой с постоянным напряжением.
Положительный зажим источника тока должен быть соединен с положительным зажимом батареи таким образом, чтобы зарядный ток протекал через батарею в направлении, прямо противоположном направлению разрядного тока.
 6.1.1.Заряд  при постоянной величине тока. При заряде постоянной величиной тока последний, как на это указывает само название, остается неизменным, что достигается применением реостата, последовательно соединенного с батареей, или же путем регулирования напряжения зарядного устройства.
Требующаяся величина тока поддерживается путем выключения или уменьшения сопротивления, введенного в цепь, по мере хода заряда, чем достигается повышение напряжения зарядного тока. Величина тока, протекающего через батарею, зависит от разности между напряжением самой батареи и напряжением, приложенным к батарее.
Пусть будут: приложенное напряжение Е; ток, протекающий в какой-либо данный момент, I; противо-э. д. с. батареи Ес; сопротивление батареи R, тогда
E = Ec + IR,
откуда

Таким образом, если напряжения как батареи, так и источника тока одинаковы, никакого тока не будет. Если напряжение батареи будет меньше напряжения на зажимах, ток пойдет в батарею, заряжая ее, если же, наоборот, напряжение батареи будет выше напряжения на зажимах, то ток будет идти из батареи и разряжать ее. Так как напряжение батареи повышается постепенно с возрастанием заряда, то ясно, что напряжение, приложенное к ее зажимам, должно также возрастать, причем в такой степени, чтобы величина зарядного тока оставалась неизменной. В батареях свинцово-кислотного типа этот точно определенный ток поддерживается до тех пор, покаво всех элементах не начнется обильное газообразование, после чего он снижается, и при этой силе тока заряд доводится уже до конца. Величина конечного зарядного тока для тяговых аккумуляторов составляет приблизительно 40% от начальной. Число ампер-часов, потребных для того, чтобы достигнуть обильного образования газов в свинцовом аккумуляторе при нормальной начальной силе зарядного тока, составляет около 90 % числа ампер-часов предшествующего разряда, если перед этим аккумулятор был полностью разряжен. Выделения газов можно ожидать ранее, если предшествовавший разряд не полным. Когда начинается обильное выделение газов, ток должен быть ослаблен и заряд затем продолжен до тех пор, пока не начнется снова сильное выделение газов.
На рис. 9-1 показана типовая схема заряда при постоянной величине тока.
Схема зарядного устройства аккумуляторных батарей
Рис. 6.1. Схема зарядного устройства аккумуляторных батарей по методу тока постоянной величины
Для эффективного заряда напряжение должно составлять около 2,5 в на элемент при нормальной температуре и величине тока, равной половине от конечной его величины*. Если напряжение в цепи превышает эту величину, то максимальное сопротивление должно быть достаточным для того, чтобы обеспечить уменьшение напряжения до указанной величины. Желательно, чтобы реостат был рассчитан на ток, в 4–5 раз больший против нормального, чтобы обеспечить возможность повышения величины зарядного тока аккумулятора, при этом необходимо предусмотреть, чтобы проводка зарядной цепи могла безопасно вынести этот ток. Вновых установках это условие может быть легко выполнено. При использовании существующих модифицированных установок нет надобности, чтобы допустимая величина тока реостата превышала допустимую величину тока для проводки.

*Аккумуляторы с органическими расширителями в отрицательных пластинах и аккумуляторы, не содержащие сурьмы, будут иметь нормальное конечное напряжение заряда выше 0,2–0,3 в на элемент.


Величина сопротивления в Омах равна:

где Е – напряжение зарядной системы; В – число элементов батареи; С – число вольт на элемент, постоянная, равная 2,5 в для всех типов и размеров свинцово-кислотных аккумуляторов; D – 50°/0 конечной величины тока (для   свинцовых аккумуляторов).
6.1.2. Конечное зарядное напряжение. Напряжение аккумулятора в течение заряда непрерывно возрастает, достигая максимума, когда заряд полностью закончен.
Величина конечного напряжения зависит от: 1) величины зарядного тока; 2) температуры; 3) внутреннего сопротивления аккумулятора; 4) от наличия в электролите определенных вредных примесей; 5) от состава сплава решеток.
Постоянство максимального конечного напряжения может служить надежным критерием полноты заряда. Однако следует учитывать и другие показатели окончания заряда: удельный вес электролита, обильное и равномерное газовыделение, потенциалы пластин и число данных аккумулятору ампер-часов.
Критической температурой для заряда кислотных аккумуляторов является температура 49° С. При этой температуре зарядный ток становится неустойчивым и может временами достигать величины, опасной для аккумуляторов и другого оборудования.
6.1.3. Закон ампер-часов. Свинцово-кислотные аккумуляторы, находящиеся в состоянии нормального разряда, могут при заряде быстро поглощать электрическую энергию без перегревов или чрезмерного газообразования. Поэтому заряд аккумулятора можно начинать режимами более высокими, чем так называемый нормальный или начальный режим заряда. Термин «начальный режим» для свинцово-кислотных аккумуляторов быстро выходит из употребления, но конечный режим заряда остается и сейчас вопросом первостепенной важности.
Практически режим заряда ограничивается ростом температуры чрезмерной величины и чрезмерным газообразованием. Эти явления имеют значение при определении кратчайшего времени, в которое аккумулятор может быть полностью заряжен. В результате многочисленных опытов установил, что если режим заряда в амперах держится на уровне, меньшем, чем число отданных батареей ампер-часов, то условия в отношении температур и газообразования будут удовлетворены. Это означает, что если от батареи при предварительном разряде было взято 200 ач, то заряд можно начать режимом, немногим меньше 200 а. Но очевидно, что режим заряда должен постепенно снижаться так, чтобы зарядный ток в амперах был всегда меньше, чем количество ампер-часов, которое недостает батарее до получения 100%-ного заряда. Это правило известно как «закон ампер-часов».
Старый метод заряда током постоянной величины в две ступени, начинаемый «начальным режимом» и заканчиваемый «конечным режимом», удовлетворяет по существу «закону ампер-часов», но не использует возможностей для более быстрого заряда. Если заряд ведется последовательно уменьшающимися режимами в соответствии с «законом ампер-часов», то такой процесс иногда именуется ступенчатым методом заряда. Степень приближения ступенчатого метода к закону ампер-часов практически ограничивается числом ступеней. Теоретически при достаточно большом числе ступеней зарядный ток будет следовать экспоненциальному закону, выражаемому уравнением I=А-t, где I— зарядный ток, a; t — время, ч; А — количество ампер-часов, полученных от батареи перед началом заряда, т. е. для t = 0.
Практические испытания показали, что минимальное время полного заряда, включая 15%-ный перезаряд, составляет примерно 4 ч.
Если «быстрозаряжателями» пользоваться с умом, отдавая должное внимание ограничению температуры и чрезмерного газирования, они могут служить желаемым целям. Однако следует помнить, что заряд, сообщенный аккумулятору за 20–30 мин., не может быть полным зарядом. Можно дать аккумулятору всего около 50% от полного заряда, избыточный ток при этом тратится на газообразование. Однако этого заряда достаточно, чтобы аккумулятор вернул частично работоспособность. Недостающая часть заряда может быть сообщена аккумулятору постепенно, во время движения автомобиля. Ниже описаны некоторые типы «быстрозаряжателей».
По другому методу ступенчатый заряд начинается током согласно первому методу, но затем величина зарядного тока понижается всякий раз, как напряжение достигает 2,35 в на элемент.
При заряде железо-никелевьих аккумуляторов током постоянной величины ток остается неизменным в течение всего времени, необходимого для полного заряда, обычно 7 ч. Окончание заряда может быть также определено по постоянству напряжения, которое обычно при полном заряде составляет 1,8–1,9 вна элемент. Точная величина зависит от температуры.
Так как удельный вес электролита в этих аккумуляторах остается и при заряде и при разряде неизменным, то единственными признаками окончания заряда являются неизменность напряжения, как указывалось выше, и продолжительность заряда.
Если во время заряда температура электролита превысит 46°С, необходимо немедленно прервать заряд и дать аккумулятору возможность охладиться.
6.1.4. Заряд при постоянном потенциале. При заряде с постоянным потенциалом напряжение поддерживается все время на одном уровне при определенном числе вольт на элемент. Величина начального зарядного тока для совершенно разряженной батареи должна быть значительно больше нормальной. В продолжение заряда, когда напряжение батареи постепенно возрастает, сила тока понижается до величины, значительно меньшей, чем для нормального режима, а к концу заряда она становится еще меньше, чем конечная сила тока при заряде способом постоянного тока. Средняя величина силы тока приблизительно равна нормальной.
В батареях свинцово-кислотного типа максимальное напряжение немодифицированного заряда при постоянном потенциале не должно превышать 2,35 вна элемент, минимальное должно быть не менее 2,25 в.
При среднем установленном напряжении, равном 2,3 вна элемент, батарея может быть переключена на заряд в состоянии любой степени разряженности, и она автоматически будет правильно заряжаться, не доходя до обильного газообразования или чрезмерной температуры. Необходима, однако, известная предосторожность, поскольку легкие колебания в напряжении линии могут вызвать большие изменения в величине зарядного тока. «Модифицированный» метод заряда с постоянным потенциалом, описанный ниже, в этом отношении более безопасен.
6.1.5. Модифицированный способ заряда с постоянным потенциалом. На начальной стадии немодифицированного заряда при постоянном потенциале требуется очень большой зарядный ток. В этом случае необходимо ограничить величину начального или пускового тока, для чего в цепь последовательно с батареей включается постоянное сопротивление малой величины. Такой прием известен под названием способа с полупостоянным потенциалом или модифицированным способом с постоянным потенциалом.
В практике, когда применяется метод модифицированного постоянного потенциала, напряжение на шинах поддерживается постоянным на некоторой величине, в пределах от 2,5 до 3,0 в на элемент.
Для заряда железо-никелевых и кадмий-никелевых аккумуляторов напряжение на зарядных шинах должно быть минимум 1,85 в на элемент и максимум 2,30 в.
6.1.6. Автоматический двухступенчатый  заряд.  Более современным  способом сокращения времени, необходимого для заряда батареи при повышенном напряжении, является так называемый двухступенчатый заряд. На первой ступени, когда аккумулятор может быстро поглощать энергию заряда, заряд ведется через малое сопротивление. На второй ступени в зарядную цепь вводится большое сопротивление, и зарядный ток снижается до величины конечного режима. Переход с первой ступени заряда на вторую осуществляется автоматически от вспомогательного  контакта счетчика ампер-часов или реле напряжений.
Двухступенчатый заряд аккумуляторных батарей особо удобен при применении выпрямителей в качестве источников зарядного тока.
6.1.7. Уравнительный заряд. Как следует из самого названия, уравнительный заряд служит для исправления отклонений от нормальных параметров в отдельных элементах батареи, возникающих  в процессе эксплуатации. В сущности это продолженный сверх необходимого заряд конечной силой тока или лучше меньшей.
Частота проведения уравнительных зарядов зависит от условий эксплуатации. Для батарей, работающих с постоянным подзарядом, достаточно такой заряд давать 1 раз в месяц. Напряжение на элементах поднимается на несколько десятых вольта и поддерживается в течение заданного времени. Чем больше это время, тем меньше нужно увеличение напряжения. Для батарей, работающих в режиме заряд–разряд, один из регулярных зарядов дается как уравнительный.
Аккумуляторные батареи с ежесуточным циклом заряд–разряд на тягачах и автокарах должны еженедельно получать уравнительный заряд. Уравнительный заряд должен продолжаться до тех пор, пока удельный вес электролита и напряжение аккумуляторов перестанет повышаться и будет неизменным в течение нескольких, обычно 3, часов. При этом зарядный ток должен оставаться неизменным весь этот период.
Уравнительный заряд нейтрализует воздействие глубоких разрядов на отрицательные пластины, и некоторые фирмы рекомендуют для поддержания в хорошем состоянии как отрицательный, так и положительных пластин подвергать аккумуляторы полному уравнительному заряду •после случайных глубоких разрядов.
Каждые 3 или 4 мес. необходимо регистрировать отсчеты напряжения и удельного веса каждого элемента. Если при этом обнаруживается возрастающее изменение в удельном весе, то это является признаком заболевания элемента, например сульфатирования, утечки и т. п.
Удельный вес в отдельных элементах должен быть доведен до нормы как в том случае, если батарея была пущена в работу в первый раз, так и в случае необходимости добавить электролит в какой-либо элемент в возмещение потери от проливаний или каких-либо других причин. Это следует делать к концу уравнительного заряда. Если удельный вес оказывается слишком высоким, то часть электролита должна быть отсосана с помощью пипетки с грушей и заменена дистиллированной водой. Точно так же удельный вес может быть повышен путем замены отобранной части электролита свежим электролитом с удельным весом на 50 пунктов выше старого. Уравнительный заряд должен продолжаться и во время добавления электролита и некоторое время после него до полного перемешивания электролита в элементе. Окончательный удельный вес устанавливается несколькими последовательными отсчетами с промежутками между ними по 15 мин. Удельный вес не должен отклоняться от нормы более чем на 0,005 в ту или другую сторону с учетом поправки на температуру.
Щелочные батареи Эдисона не требуют уравнительного заряда, если они- получают после каждого разряда повышенный заряд. Если удельный вес электролита упал в них до пределов, указанных в гл. 3, то электролит должен быть заменен свежим.
6.1.8. Заряд повышенным током (дозаряд). В некоторых условиях ампер-часовая емкость батареи может оказаться недостаточной для суточной работы.
В таком случае кратковременный заряд большим током может восстановить израсходованные ампер-часы. Этот дозаряд дается батарее обычно в часы обеденного перерыва. Рис. 6.2 изображает величину тока в зависимости от времени, принятую для дозаряда батарей свинцово-кислотного типа.
Для дозаряда батарей эффективно применение так называемых быстрозаряжателей. Для автомобильных батарей обычно применяются быстрозаряжатели с начальным током 100 а, снижающимся постепенно до 80 а. Некоторые из этих устройств имеют регулирование по времени, другие по температуре или напряжению. Температура очень важна при зарядах такими высокими токами. Поэтому температура электролита не должна превышать 52° С. Для контроля а зарядом в случае отсутствия устройства автоматического термостатического контроля желательно применение термореле. Термореле с уставкой 52° С опускается в один из аккумуляторов. При достижении электролитом температуры 52° С реле замыкает цепь звукового или светового сигнала. Все газовые клапаны на крышках элементов должны быть открыты, и когда через батарею будет проходить 100 а, напряжение на ее зажимах не должно превышать 8,5 а. На зажимах батарей с высоким внутренним сопротивлением, вызванным сульфатацией, низкой температурой или другими причинами,
напряжение будет превышать 8,5 в, если не ограничить ток значительно меньшей величиной. Таким батареям следует дать длительный заряд малым током. Холодные батареи необходимо заряжать таким током, чтобы напряжение также не превышало 8,5 в.
Заряд свинцово-кислотного аккумулятора тягового типа
Рис. 6.2. Заряд свинцово-кислотного аккумулятора тягового типа. Заряд производится модифицированным методом постоянного потенциала. Напряжение зарядных шин 2,63 вна элемент, фиксированное сопротивление 0,0091 Ом.
1 — ток заряда; 2 — сообщенная емкость: 3 — температура   элемента; 4 —
температура   помещения;   5 — напряжение   на   шишах;  б — напряжение
элемента;   7 — удельный   вес   электролита.

Для батареи железо-никелевого типа дозаряд можно применять при условии, чтобы температура внутри элементов не превышала 46° С. Рекомендуемый режим заряда следующий:
5 мин   при                 5-кратном   нормальном   режиме
15  “       “      4     “              “                   “
30  “       “      3    “              “                   “
60  “       “      2    “              “                   “
Появление пены в отверстии для доливки является признаком того, что дозаряд дан слишком большой.
6.1.9. Непрерывный заряд. Непрерывный заряд батареи ведется слабым током, приблизительно равным внутренним потерям батареи и способным поддерживать ее полностью заряженной. Заряды слабым током дают для свинцовых батарей удовлетворительные результаты при условии, что заряд, получаемый батареей, достаточен для покрытия саморазряда. Этот способ заряда более всего удобен для пластин паcтированного типа. Непрерывный заряд применяется в различных случаях, например при хранении аккумуляторов, заполненных электролитом.
Через правильные промежутки времени необходимо вынимать пробки из крышек и, если необходимо, добавлять воды в элементы. Следует заметить удельный вес для каждого из элементов в начале заряда и повторять отсчеты через известные промежутки времени. Зарядный ток можно затем довести до такого минимума, при котором удельный вес электролита сохраняется постоянным.
Непрерывный заряд очень слабыми токами применяется не только для пополнения внутренних потерь батареи, но и для компенсирования прерывистых разрядов небольшой величины.
Непрерывный заряд может быть применен и к щелочным аккумуляторам. Рекомендуемый режим изменяется в пределах от 0,125 до 0,25 а на положительную пластину размера А. На большие или меньшие пластины ток берется пропорционально.
Действительный режим непрерывного заряда в любых условиях зависит от режима разряда, принятого для данного аккумулятора. Повышенный режим непрерывного заряда применяется для аккумуляторов с нормальным режимом разряда 5 ч и менее. Непрерывный заряд небольшими токами применяется для аккумуляторов, разряжаемых сравнительно длинными режимами. Режим непрерывного заряда, должным образом примененный, может несколько увеличить емкость батареи.
В случае прерывистого разряда батареи дополнительно к нормальному режиму непрерывного заряда необходимо предусматривать покрытие потерь на разряд. В этом случае непрерывный зарядный режим должен быть повышен на 10% от среднего режима разряда.
Для определения режима повышенного непрерывного заряда щелочных аккумуляторов, работающих на прерывистом разряде, Аллен предложил эмпирическую формулу

В этом уравнении:
I — искомый ток,   а;
С — емкость батареи при нормальном режиме разряда, ач;
D — среднее   число   ампер-часов, отнимаемых у  батареи за сутки;
Н — суммарное время разряда, ч.
Формула, однако, справедлива только при условии, что Н значительно меньше 24. В противном случае зарядные токи, подсчитанные по формуле, не могут рассматриваться как токи непрерывного заряда.
6.1.10. Режим постоянного подзаряда. Под режимом постоянного подзаряда понимается режим, при котором напряжение зарядного устройства, постоянно подключенного параллельно аккумуляторной батарее, немного выше напряжения разомкнутой батареи и противоположно ей по полярности.
Если батарея соединена с шинами, напряжение которых приблизительно равно напряжению разомкнутой батареи, то последняя будет заряжаться или разряжаться в зависимости от того, будет ли колеблющееся напряжение на шинах выше или ниже напряжения батареи.
Таким образом, батарея автоматически регулирует мощность, необходимую для покрытия колебаний нагрузки, и всегда находится в состоянии полного заряда.
Аккумуляторы, решетки пластин которых содержат кальций, преимущественно применяются для работы с постоянным подзарядом на телефонных станциях. Ток подзаряда таких аккумуляторов, необходимый для поддержания состояния полного заряда, составляет всего 0,2–0,125 от тока, необходимого для аккумуляторов со свинцово-сурьмянистыми решетками при прочих равных условиях. Количество воды, добавляемой в элемент для поддержания уровня электролита на надлежащем уровне, связано определенным отношением с объемам перезаряда батареи и поэтому может быть использовано как средство проверки правильности выбранного режима подзаряда. Слишком большой расход воды свидетельствует, что выбранный режим слишком высок. Заводы-изготовители обычно регламентируют максимум добавки воды.
Аккумуляторные батареи обычно устанавливаются также на электростанциях и подстанциях для обеспечения непрерывной подачи тока как для контрольного и защитного оборудования, так и для аварийного освещения. Такие батареи обычно состоят из 60 элементов.
Щелочные аккумуляторы имеют    несколько    большую разность напряжения при заряде и разряде; в режиме постоянного подзаряда  они используются в цепях производственной и охранной сигнализации и для управления выключателями.
6.1.11.Режим постоянного заряда. Аккумуляторные батареи, заряжаемые по этому принципу, так же как и при постоянном подзаряде, длительно соединены с источником зарядного тока. Разница состоит в том, что колебания между состоянием полного заряда и частичного разряда более длительны. Заряд и разряд в этом режиме производятся автоматически. Наиболее известным примером такой работы является работа автомобильной батареи. Она разряжается при пуске двигателя, питая зажигание и освещение до тех пор, пока автомобиль не наберет определенную скорость. Затем нагрузку берет на себя генератор, а батарея переходит в режим заряда и подготавливается к следующему разряду.



 
« Автоматические устройства по компенсации реактивной мощности   Аппараты распределительных устройств низкого напряжения »
электрические сети