Судовые электрические станции - Практика заряда и разряда аккумуляторов

Перед вводом новых электрических аккумуляторов в эксплуатацию они должны быть залиты электролитом, плотность которого зависит от типа аккумулятора и условий его эксплуатации. Температура заливаемого электролита не должна превышать 25° С. Каждый элемент должен быть залит на 10—15 мм выше верхних кромок пластин. По истечении 3—12 ч после заливки электролита аккумуляторы ставятся на зарядку. Перед началом зарядки температура электролита в аккумуляторах не должна превышать 25—30° С. Одним из способов заряда является заряд при постоянной силе тока. Первый заряд свинцово-кислотных аккумуляторов при вводе их в эксплуатацию производится током около 0,8 номинального значения и продолжается до начала обильного газообразования во всех элементах.
Признаком окончании заряда служит установление постоянства напряжения на зажимах аккумулятора и плотности электролита в течение последних 3 ч. Во время заряда аккумуляторов производят контроль их температуры. Если температура приближается к 45° С, то зарядный ток уменьшают вдвое либо аккумуляторы отключают и дают остыть до 30° С, после чего вновь продолжают заряд.
Увеличение температуры аккумуляторов более 45° С недопустимо, так как приводит в резкому снижению их срока службы. Продолжительность первого заряда, в зависимости от длительности хранения аккумуляторов до ввода их в эксплуатацию, составляет 25—50 ч. Как правило, к концу первого заряда плотность электролита оказывается отличной от нормальной величины, предусматриваемой инструкцией для данного типа аккумуляторов. В таких случаях ее доводят до номинальной величины доливкой дистиллированной воды, если плотность выше номинальной, или раствора серной кислоты с удельным весом 1,4, если она ниже номинальной. Доведение плотности электролита до номинальной производится обязательно в конце заряда, когда она достигает уже неизменной величины и когда бурное газообразование хорошо способствует перемешиванию электролита.
Второй и последующие заряды аккумулятора производятся постоянным током номинальной величины. Как и при первом заряде, окончание заряда контролируется следующим путем: обильным газообразованием, постоянством в течение последних 3 ч заряда — напряжения и плотности электролита, а также количеством ампер-часов, сообщенных аккумуляторной батарее во время заряда.
Срок службы свинцово-кислотных аккумуляторов увеличивается, если в конце заряда, во время обильного газообразования, снижать силу зарядного тока. Поэтому заряд свинцово-кислотных аккумуляторов целесообразно производить двумя ступенями; у щелочных же аккумуляторов применяется обычно одноступенчатый заряд. Первая  ступень заряда производится при номинальном токе до начала сильного газообразования, вторая ступень начинается обычно при достижении напряжения 2,35—2,4 в на один элемент. Продолжительность заряда током первой ступени составляет около 8 ч. За это время аккумуляторам, если они были полностью разряжены, сообщается около 90% а-ч. Вторая ступень заряда производится током около 0,5 номинального значения. Продолжительность заряда этим током составляет 3—7 ч. При нормальном заряде аккумулятору надо сообщить около 115—120% емкости, полученной от него при предшествовавшем разряде. Перезаряды аккумуляторов, так же как и недозаряды, нежелательны и вредны для свинцово-кислотных аккумуляторов. Аккумуляторы, разряженные менее чем на 40% их емкости, следует заряжать током второй ступени. Напряжение свинцово-кислотных аккумуляторов в конце заряда зависит от силы зарядного тока, температуры электролита, внутреннего сопротивления, наличия в электролите вредных примесей. На рис. 10.8 приведены кривые зависимости конечного напряжения от силы зарядного тока и от температуры электролита.

Рис. 10.8. Зависимость конечного напряжения заряда свинцовых аккумуляторов от температуры электролита и силы зарядного тока

Рис. 10.9. Зависимость конечного напряжения заряда щелочных аккумуляторов от температуры электролита
Щелочные аккумуляторы заряжаются током номинальной величины до конца заряда. Так же как и кислотные, щелочные аккумуляторы не допускают повышения температуры более 45СС. На рис. 10.9 приведена кривая зависимости конечного зарядного напряжения щелочных аккумуляторов от температуры электролита. Признаком окончания заряда щелочных аккумуляторов служит бурное газообразование, постоянство напряжения в течение последних 3 ч заряда и количество сообщенных аккумулятору во время заряда ампер-часов. У щелочных аккумуляторов, в отличие от свинцово-кислотных, плотность электролита остается постоянной и потому не может служить признаком окончания заряда.
Свинцово-кислотные аккумуляторы, находящиеся в состоянии нормального разряда, допускают без большого газообразования и перегревов в начале заряда зарядные токи значительно большие, чем ток нормального заряда, без ущерба для их последующего срока службы, так как значительное газообразование и связанный с ним перегрев  аккумуляторов начинаются в конце зарядного режима, но при этом конец заряда должен происходить при номинальном токе или меньшем номинального.

Рис. 10.10. Зависимость силы зарядного тока кислотных аккумуляторов от величины сообщенного им заряда

Рис. 10.11. Зарядный режим кислотных аккумуляторов с двумя ступенями:
1 — при постоянном токе; 2 — при постоянном напряжении

Результаты экспериментальных исследований свинцово-кислотных аккумуляторов показали, что начальный зарядный ток может быть принят, без вреда для них, численно равным ампер-часам, отданным аккумулятором при предшествовавшем разряде. Затем ток должен уменьшаться так, чтобы его величина всегда была меньше числа ампер-часов, которых аккумулятору недостает до полного заряда («закон ампер- часов»).
На рис. 10.10 показана кривая изменения силы зарядного тока, полученная при применении описанного метода.
Режим, близкий описанному, получается при заряде аккумуляторов при постоянном зарядном напряжении, которое для свинцовокислотных аккумуляторов должно составлять около 2,35 в на один элемент.
Режим заряда при постоянном напряжении может быть применен и для щелочных аккумуляторов. В этом случае напряжение поддерживается на уровне около 2 в на один элемент. Когда зарядные устройства аккумуляторных батарей имеют ограниченную мощность, заряд аккумуляторов может осуществляться сначала при постоянном токе, величина которого (см. рис. 10.11) определяется возможностями зарядного устройства, а затем — при постоянном зарядном напряжении.
В ряде случаев аккумуляторные батареи работают в режимах, требующих непрерывного заряда слабым током (при хранении батарей, заполненных электролитом, и при периодических малых разрядах). Такой заряд обычно ведется малым током, по величине близким к внутренним потерям в аккумуляторах и способным поддерживать батарею полностью заряженной. Режим непрерывного заряда обычно осуществляется при напряжении источника тока на один элемент, равном 2,1—2,2 в для свинцово-кислотных и 1,7—2 в для щелочных аккумуляторов.

Разряд свинцово-кислотных аккумуляторов можно вести при значительных токах. Разряд аккумуляторов ниже некоторого, минимального для каждого разрядного тока, напряжения производить не следует, так как это приводит к сокращению срока службы аккумулятора. Не позднее как через 12 ч после разряда аккумуляторы должны ставиться под заряд.
Хранение свинцово-кислотных аккумуляторов в незаряженном состоянии существенно снижает срок их службы. В отличие от свинцовокислотных, щелочные аккумуляторы могут храниться в незаряженном состоянии и не боятся перезарядов.                           

§ 106. ЗАРЯДНЫЕ УСТРОЙСТВА

В судовых установках зарядка аккумуляторных батарей может производиться различными способами: от судовой сети постоянного тока через балластный реостат, от судовой сети переменного тока через понижающий трансформатор и полупроводниковые выпрямители, от навешенного на первичный двигатель дизеля зарядного генератора, от специального электромашинного преобразователя. В каждом отдельном случае оказывается наиболее целесообразным выбор той или иной из перечисленных систем зарядки. Зарядка аккумуляторов от судовой сети постоянного тока через балластное сопротивление возможна при наличии сети постоянного тока. Этот способ прост. Он целесообразен тогда, когда сила зарядного тока невелика и напряжение аккумуляторов немного меньше напряжения сети, так как в противном случае в реостате расходуется значительное количество электрической энергии, а реостат получается большим.
Способ зарядки от сети переменного тока через понижающий трансформатор и полупроводниковые выпрямители прост, надежен, экономичен, так как вторичное напряжение трансформатора может быть выбрано исходя из величины зарядного напряжения, а при применении полупроводниковых кремниевых выпрямителей, коэффициент полезного действия которых достигает 98%, потери в зарядном устройстве весьма невелики. Это способ возможен тогда, когда судовая установка выполнена на переменном токе. Весьма удобна также зарядка аккумуляторов от сети переменного тока через индуктивное регулируемое сопротивление.
Отечественная промышленность выпускает селеновые полупроводниковые зарядные устройства, основные технические данные которых приведены в табл. 10.3.
Зарядка в установках постоянного тока от зарядного агрегата двигатель — генератор целесообразна тогда, когда мощность аккумуляторных батарей значительна и напряжение батареи существенно ниже напряжения сети.
В зарядных устройствах все более начинают находить применение элементы автоматического управления и регулирования. В качестве примера на рис. 10.12 приведена простейшая схема дроссельного регулирования зарядного тока в функции сообщенных батарее ампер- часов при двухступенчатом зарядном режиме. 
Таблица 10.3
Основные характеристики селеновых выпрямителей

Рис. 10.12. Схема автоматической двухступенчатой зарядки аккумуляторов
Как видно из этой схемы, аккумуляторная батарея А получает питание от сети переменного тока через полупроводниковый выпрямитель В1, управляемое индуктивное сопротивление (насыщенный дроссель) ху и счетчик ампер-часов С; имеющий два контакта С1 и С2, соответственно, две уставки по количеству ампер-часов. Обмотка управления насыщенного дросселя ОУ получает питание от той же сети переменного тока через полупроводниковый выпрямитель В2 и установочное сопротивление. Величина последнего подбирается таким образом, чтобы при разомкнутых контактах счетчика С1 и промежуточного реле РП1 ток в цепи аккумуляторной батареи соответствовал току второй ступени, а при замкнутых контактах — току первой ступени.
При включении выключателя Р начинается заряд аккумуляторной батареи. Одновременно приходит в действие счетчик сообщаемых батарее ампер-часов. Контакт С1 счетчика ампер-часов при этом замкнут и заряд батареи производится током первой ступени. Счетчик ампер-часов, после того как количество ампер-часов, сообщенных батарее, достигнет заданной величины, произведет размыкание своего контакта С1 и через промежуточное реле РП1 расшунтирует сопротивление в цепи управления регулируемого дросселя ху; благодаря этому зарядный ток аккумуляторной батареи уменьшится до величины, соответствующей второй ступени заряда.
После того как батарее будет сообщено количество ампер-часов, достаточное для ее полного заряда, счетчик ампер-часов замкнет свой  второй, нормально открытый контакт С2, который через промежуточное реле РП2 включает обмотки контактора К. Этот контактор, сработав, отключит от сети зарядное устройство вместе с аккумуляторной батареей.