Проблемой продления работоспособности свинцовых аккумуляторов авторы статьи занимались не один десяток лет – разработаны технологии восстановления свинцовых аккумуляторов, проведены сотни лабораторных работ на аккумуляторах ёмкостью от 4 до 2200 А/час и напряжением от 1,5 до 110 вольт. Благодаря сотрудничеству лаборатории и организаций: Российской Железной Дороги, Речфлотом, Автотрансом, Аккумуляторными Компаниями, Минатомом и другими фирмами - разработаны ряд зарядно - восстановительных устройств, которые прошли апробирование в единичных экземплярах, даны рекомендации по эксплуатации аккумуляторов, восстановления их технических характеристик, снижения взрывоопасных выбросов водорода и кислорода, улучшение экологической обстановки и уменьшение расходов на зарядно- восстановительные работы.
Аккумуляторы теряют свои свойства не только в промышленных установках, но и в современном автотранспорте после двух-трёх лет эксплуатации.
Причины снижения качества – отсутствие профилактических работ по восстановлению электродов пластин аккумулятора.
Аккумуляторы в автомобилях используются в смешанном режиме эксплуатации: при заводке двигателя потребляется значительный стартовый ток, в поездке аккумулятор заряжается в буферном режиме небольшим током от генератора.
При неисправной автоматики автомобиля ток зарядки может быть недостаточным или привести к перезаряду - при повышенных значениях.
Кристаллизация пластин, повышенное напряжение заряда, преждевременный электролиз с обильным выделением сероводорода и недостаточная емкость в конце заряда сопровождают работу такого аккумулятора.
Признаки сульфатации пластин аккумулятора:
- Уменьшение ёмкости аккумулятора;
- Повышенное напряжение на электродах;
- Кипение и газообразование;
- Нагрев и коробление пластин.
Восстановить нормальную работу аккумулятора непосредственно от автомобильного генератора невыполнимо ввиду незначительного превышения напряжения генератора над аккумулятором и постоянной составляющей тока заряда - для этого используются зарядные устройства.
Ток разряда аккумулятора в течении 10-ти часов всегда равен ёмкости аккумулятора. Если напряжение при разряде упало до 1,92 вольта на элемент, раньше чем за десять часов, то и ёмкость во столько меньше.
В некоторых автомобилях используется по два аккумулятора общим напряжением 24 вольта. Разные токи разряда, из-за того, что на первый аккумулятор подключена вся нагрузка с напряжением 12 вольт (телевизор, радио, магнитофон …), которая питается от аккумулятора на стоянке и в пути, а второй нагружается только во время пуска стартера и разогрева свечи в дизельном двигателе. Регулятор напряжения не во всех автомобилях автоматически отслеживает напряжение заряда аккумулятора с разницей в зимнее и летнее время, что приводит к недозаряду или перезаряду аккумулятора.
Необходимо восстанавливать аккумуляторы отдельным зарядным устройством с возможностью регулирования тока заряда и разряда на каждом аккумуляторе.
Такая потребность натолкнула на создание зарядно- разрядного устройства на два канала с раздельной регулировкой тока заряда и тока разряда, это очень удобно и позволяет подобрать оптимальные режимы восстановления пластин аккумулятора исходя из их технического состояния.
Плотность электролита должна после восстановления аккумулятора, соответствовать паспортной для данного района эксплуатации, на севере плотность выше чем в тёплых районах - летом и зимой.
Не следует плотность подгонять доливкой электролита.
Восстановление ёмкости переполюсовками . При абсорбции органических поверхностно – активных веществ на отрицательных пластинах является способ периодической переполюсовки аккумулятора. Приложение высокого потенциала к отрицательной пластине приводит к сгоранию поверхностно-активных веществ, вызывающих сульфатацию пластин.
Использование циклического режима восстановления приводит к значительному снижению выхода газов водорода и кислорода из-за их полного использования в химической реакции, ускоренно восстанавливается внутреннее сопротивление и ёмкость до рабочего состояния, отсутствует перегрев корпуса и коробление пластин.
Восстановление аккумулятора импульсным током . Импульсные токи по форме, амплитуде и времени значительно отличаются от синусоидального.
Амплитуда импульса такого тока восстановления, как правило, превышает средний ток заряда в 5-10 раз. Повредить пластины аккумулятора такой ток не может, а вот расплавить застарелые кристаллы сульфата свинца в состоянии, и за короткое время. При средней величине зарядного тока в пять ампер импульс может достигать амплитуды в 50 ампер, достичь такой амплитуды тока возможно при значительной величине напряжения заряда в 24-26 вольт.
Ввиду короткого по времени импульса в несколько микросекунд нагрева аккумулятора и кипения практически не наблюдается, восстановление можно производить в помещении при отсутствии принудительной вытяжки.
Мощность зарядного тока на аккумуляторе не превышает мощности простого зарядного на диодном мосте, а мощность единичного импульса может достигать 1200ватт, что достаточно для перевода сульфата свинца в аморфный свинец.
Между двумя импульсами зарядного тока всегда присутствует промежуток времени без тока, достаточный для восстановления электронного равновесия в электролите.
Схему, для ускорения процесса восстановления, следует дополнить цепью разрядного тока небольшой величины.
Зарядно-восстановительное устройство, выполненное по схеме (Рис.1). Схема и трансформатор помещаются в стандартный корпус блока питания компьютера.
Характеристики устройства
:
Напряжение сети 220 В
Вторичное напряжение 16-18 В
Мощность трансформатора 100 Ватт
Время импульса заряда 2-5 мс
Время разряда 1-3 мс
Время восстановления 5-12 часов
Ток заряда 1/20 С.
С-ёмкость в А/час.
Ток разряда 0,05-0,2А
Ток разряда при зарядке ассиметричным током должен составлять не более 1/10 тока заряда.
Новые технологии зарядки и восстановления аккумуляторов, позволяют снизить мощность на регенерацию пластин, хотя зарядка аккумуляторов в современных автомобилях не претерпела существенных изменений - за более вековой период, что как и раньше приводит, практически вечные аккумуляторы, к преждевременной кристаллизации, повышению внутреннего сопротивления и ухудшению пусковых характеристик.
Задающий генератор в схеме реализован на двух транзисторах разной проводимости VT1 и VT2. Аналог двухбазового диода включен в цепь моста - слева резисторы R1R2R3R4 справа R5R6.
Питание генератора выполнено от параметрического стабилизатора на напряжение стабилизации 16 вольт на элементах VD1VD2R9.
Генератор на транзисторах по сравнению с классическим генераторам на двухбазовом диоде легче модифицировать. В данном варианте имеются внешние цепи по регулировке тока - R1 с ограничением резистором R3. Цепь поддержания температурного режима схемы выполнена с помощью терморезистора - R2.
Для подачи тока обеих полярностей в аккумулятор не требуется установка двух идентичных генераторов, положительный импульс восстановления формируется тиристором VS1.
Импульс управления с эмиттера транзистора VT2 через ограничительный резистор R7 поступает на внутренний светодиод оптопары U1. Внутренний транзистор оптопары открывает ток через ограничительный резистор R8 с анода тиристора VS1 на управляющий электрод, при отрицательной полуволне синусоиды напряжения вторичной обмотки трансформатора Т1 на катоде VS1.Ток открытого тиристора VS1 поступает на зарядку аккумулятора GB1.
Время включения зависит от номиналов резисторов R1,R2,R3 и конденсатора С1.
При положительной полуволне на трансформаторе Т1 открывается тиристор VS2 и в аккумулятор поступает разрядный ток, синхронно с зарядным но меньшим по величине. Поскольку разрядный ток не должен быть выше 1/10 зарядного- установлен ограничитель разрядного тока, резистор R11.
Цепь R13 VD3 создаёт, для запуска, смещение на минусовой шине генератора на транзисторах VT1 VT2, при закрытых в начальный момент тиристорах VS1VS2.
Ширина импульса генератора должна перекрывать ширину полного периода синусоиды вторичной обмотки - более 10 мсек.
Регулировка зарядно-разрядного тока выполняется резистором R1.
Терморезистор R2 снижает зарядный ток при перегреве тиристоров.
Элементы R12 HL1 РА1 индицируют верность подключения аккумулятора к зарядно- восстановительному устройству и суммарный ток восстановления.
В схеме используются радиодетали, характеристика и возможная замена которых рекомендована в таблице 1.
|
№ по схеме |
Наименование |
Тип по схеме |
Примечание |
|
|
Резистор |
Переменный |
|||
|
Резистор |
||||
|
Резистор |
||||
|
Конденсатор |
||||
|
Конденсатор |
||||
|
Конденсатор |
||||
|
Транзистор - PNP |
||||
|
Транзистор - NPN |
||||
|
Стабилитроны |
||||
|
Оптопара |
||||
|
Трансформатор |
ТН-1 24В 100ватт |
ТПП, ТС 18-24 В 60-100ватт |
||
|
Тиристор |
С радиатором |
|||
|
Тиристор |
Новое крепление |
|||
|
Амперметр |
М4100 5Ампер |
|||
|
Светодиод |
Любой цвет |
|||
|
Резистор |
||||
Наладку схемы начинают с проверки монтажа. Вместо аккумулятора GB1 на гнёзда выхода подключается лампочка 12 вольт 20-50 свечей, регулятором тока R1 проверяется изменение яркости от минимального до максимального уровня. Разрядный ток можно проверить, подключив амперметр в разрыв анодной цепи тиристора VS2.
Тиристор VS1 и трансформатор Т1 устанавливаются вне платы.
Регулятор тока - R1, амперметр - PU1, светодиод - HL1 и выключатель SA1 крепятся на передней панели.
Терморезистор R2 крепится на радиаторе тиристора VS1 и отслеживает его перегрев.
Использованная литература:
1. В.Сорокоумов. Импульсное зарядное устройство. Радио№8, 2004г С.46.
2. И.П.Шелестов. Радиолюбителям полезные схемы. Книга 5.С.108. Солон-Пресс. 2003г.
3. Б.Соколов. Усовершенствование электронного балласта. Радио №6, 2006г С27.
4. А.Петров. Импульсный блок питания. Радиомир. №7,2002г с.12.
5. В. Коновалов. «Автомобили и аккумуляторы». Методическое пособие Центра ДТТ. г.Иркутск. 2009г. С70.
6. М.Дорофеев. Снижение уровня помех от импульсных источников питания. Радио №9.2006г.С38-40.
7. В.Коновалов. Зарядное устройство на импульсном блоке питания. Радиолюбитель №10,2009г С.36-39.
8. В.Коновалов. М.Мальков. Зарядное устройство на тиристорном инверторе. Радиолюбитель №12, 2009г С.46-48.
Список радиоэлементов
| Обозначение | Тип | Номинал | Количество | Примечание | Магазин | Мой блокнот |
|---|---|---|---|---|---|---|
| VT1 | Биполярный транзистор | КТ361А | 1 | МП41-42Б | В блокнот | |
| VT2 | Биполярный транзистор | КТ815Б | 1 | Аналог: КТ972 | В блокнот | |
| VD1, VD2 | Стабилитрон | Д814Г | 2 | Д814Д | В блокнот | |
| VS1 | Тиристор | Т122-25 | 1 | КУ202Б-Н. С радиатором | В блокнот | |
| VS2 | Тиристор | ВТ139 | 1 | КУ201Б-Г | В блокнот | |
| U1 | Оптопара | LTV817 | 1 | Аналог: 816 | В блокнот | |
| HL1 | Светодиод | АЛ307Б | 1 | АЛ307Г | В блокнот | |
| C1 | Конденсатор | 1 мкФ | 1 | В блокнот | ||
| C2 | Конденсатор | 0.22 мкФ | 1 | В блокнот | ||
| C3 | Конденсатор | 0.1мкФ 100 В | 1 | В блокнот | ||
| R1 | Переменный резистор | 47 кОм | 1 | В блокнот | ||
| R2 | Термистор | 220 кОм | 1 | В блокнот | ||
| R3 | Резистор | 3.3 кОм | 1 | 0.25 Вт | В блокнот | |
| R4 | Резистор | 120 кОм | 1 | 0.25 Вт | В блокнот | |
| R5 | Резистор |
Все владельцы автомобильного транспорта имеют представление о предназначении и принципе работы аккумуляторной батареи. Однако не многие знакомы с методами восстановления работоспособности аккумуляторов.
Конструкция и принцип работы
Согласно картинке выше, аккумулятор состоит:
- Крышка аккумулятора;
- Межэлементное соединение;
- Вентиляционная пробка;
- Соединяющий мостик;
- Полюсный вывод;
- Борн;
- Катод – отрицательный электрод (Pb);
- Сепаратор;
- Анод – положительный электрод (PbO2);
- Полимерный моноблок;
- Опорная призма;
- Межбаночная перегородка.
Под конструкцией аккумулятора понимается сосуд с раствором электролита и со свинцовыми электродами внутри. Электролитом является смесь кислоты H2SO4 и очищенной воды H2O. Одна из пластин выполнена из губчатого свинца Pb и является катодом, а другая – из диоксида свинца PbO2, является анодом.
Свинец, будучи легкоокисляющимся металлом, обладает свойством электролитического растворения, путем перехода положительных ионов металла в раствор. В процессе опускания свинцовых пластин в раствор электролита от нее начнут отсоединяться положительные ионы свинца и переноситься в раствор, при этом электрод будет иметь отрицательный потенциал.
С увеличением разницы в потенциалах данный процесс замедляется до момента наступления баланса между силой, выталкивающей ионы в раствор, и силами электростатического поля и избыточного гидростатического давления на раствор.
При погружении электрода из двуокиси свинца в раствор серной кислоты происходит процесс его перехода в раствор, где он, соединяясь с водой, преобразуется в ионы свинца Pb4+ и ионы гидроксила ОН. Ионы Pb4+, оседая на электроде, формируют на нем положительный потенциал, а кислота создает только ионы ОН+ и HSO4. Соответственно, при разряде аккумулятора используется серная кислота, образовывается вода, и происходит образование на двух пластинах сульфата свинца. При заряде АКБ процессы проходят в противоположном направлении.
Возможные неисправности аккумуляторов
Среди возникающих неисправностей аккумуляторов основными являются:
- Переполюсовка аккумулятора. Данный процесс характеризуется тем, что при работе аккумулятора в циклическом режиме на «заряд-разряд» со временем может падать емкость некоторых аккумуляторных батарей в аккумуляторе. Такой дисбаланс может привести к тому, что просевшая батарея начнет заряжаться от соседних исправных батарей, но заряд будет проходить в обратном направлении, образуется так называемая обратная полярность. Поскольку зарядное напряжение практически в 2 раза выше разрядного, переполюсовка может привести к выходу из строя нескольких аккумуляторных батарей. Как последствие возможно разрушение аккумулятора ввиду сильного газовыделения и нагрева;
- Сульфатация аккумуляторных пластин. Процесс образования сульфата свинца –явление обычное для всех свинцовых аккумуляторов. Образовавшиеся мелкие кристаллы сульфата свинца при заряде аккумулятора растворяются и не доставляют проблем. Однако ненормальная сульфатация, в виде крупнокристаллического сульфата свинца, не растворяется при заряде и со временем покрывает всю активную часть электродов, мешая заряду аккумулятора.
Факторами, указывающими то, что аккумулятор переполюсованный и имеет глубокую сульфатацию, являются:
- Большое отличие плотности электролита в разных банках;
- Маленькая емкость АКБ по сравнению с гарантированной документацией;
- Резкое повышение напряжения в начале заряда аккумулятора;
- Стремительное повышение температуры электролита;
- Очень медленный рост плотности электролита при заряде;
- Раннее закипание раствора электролита по сравнению с нормальным временем.
Причины неисправностей и методы устранения
Основными причинами неисправностей являются:
- Нахождение аккумуляторов в разряженном или недозаряженном состояниях длительное время;
- Регулярная зарядка завышенными токами;
- Частые абсолютные разряды;
- Низкий уровень электролита;
- Увеличенная плотность электролита;
- Перепады температуры.
Для восстановления нормальной работы аккумулятора при наличии ненормальной сульфатации необходимо:
- Длительный перезаряд аккумулятора на протяжении 3 часов;
- Восстановление аккумулятора переполюсовкой.
Понимание в полной мере процессов, происходящих в аккумуляторе, и методов по устранению неисправностей позволит не допускать поломок и максимально продлить жизнь аккумулятору.
Видео
Восстановил автомобильный аккумулятор переполюсовками, что из этого получилось после простоя АКБ. Испробовал я данный метод и теперь могу точно сказать: он работает. Но если учесть, какие аккумуляторы прошли через мои руки и после разборки я наблюдал не радужную картину, добавлю подходит не для всех аккумуляторов, и в некоторых случаях данный метод даже очень опасен!
Все дело в том, что любые аккумуляторы имеют износ пластин, на сколько износ сильный никто не знает, так как аккумуляторы обычно не прозрачные и тем более не разборные. А значит, насколько сильный износ пластин или насколько много мусора осыпалось на дно банки, вы тоже посмотреть не можете.
Соответственно, при переполюсовке АКБ на обратную полярность, происходит сильная реакция внутри банок аккумулятора, которое сопровождается постепенным растворением сульфата. При этом раствор в банках из-за реакции начинает сильно двигаться. Ну не кипит он, а идет хим реакция с выделением водорода. Если на дне АКБ есть шлак от рассыпавшихся пластин, самое страшное при такой реакции, если коротнет шлак поднятый со дна между пластин. Это будет самый эпичный последний экшен АКБ.
Поэтому нужно максимально разрядить АКБ перед полюсовкой, далее заряжать током, при котором АКБ будет выделять минимальное количества водорода. Идеально, если очень много очень мелких пузырьков. В случае бурления нужно уменьшить ток. Эффективно заряжать переполюсованный аккумулятор 55Ач током 2А примерно 26-29 часов, примерно мне именно это время понадобилось довести АКБ до напряжения 13.9 Вольт. Так как при обратной полярности напряжение ниже из-за разницы пластин А и К, и из-за того, что контакты под клеммы разные, я стал переполюсовывать аккумулятор назад.
Тут возникла сложность. Это сильное выделение водорода и сильный нагрев пластин аккумулятора, из-за того что плотность и заряд в банках разный. Разряд банок постоянным током- это сильная нагрузка на АКБ и на само зарядное устройство. Мне помог следующий метод.
Я импульсами подключал и отключал зарядное устройство. Частота импульсов 2 сек заряд, 2 сек отдых ЗУ и после такого подключения реакция в банках уменьшилась, а аккумулятор быстро поменял полярность, при этом ток заряда был, не поверите 10А, все дело в том, что для ЗУ даже на 6 вольтах напряжении заряда сопротивление АКБ при 0 -1 вольта было равносильно короткому замыканию.
Из-за чего греется АКБ: из-за потери по емкости проблемных банок и из-за того, что не проблемные банки сопротивляются тем, которые сдались, это прям как война добра со злом. 🙂 Без постоянного нападения войны не выиграть. Но огромный плюс этой войны заключается в том, что проблемные банки как раз в этот момент начинают максимально отчищаться от сульфата.
При обратной переполюсовке, обязательно поместить АКБ в максимально холодную воду, тем самым химические процессы будут менее опасны.
Почему я рекомендую поменять электролит, все дело в том что после того, как я зарядил аккумулятор плотность зашкаливала за 1.32, при любом токе заряда, аккумулятор начинал бурлить. при этом ток заряда не уменьшался. По началу я думал, что произошло КЗ пластин, но муть в банках мне не давала покоя и я решил рискнуть ее поменять.
Предупреждаю нужно доводить до нужной плотности не с нужного электролита, а с дис. воды, так как пластины пропитаны электролитом и после заливки, например, 1.27 вы получите плотность за 1.35, и пластины могут просто коротнуть!
В общем, залил я раствор и о чудо АКБ перестал кипеть,перестал нагреваться, и ток после заряда до 14.9 вольт падал до 500мА — это нормально.
И только после этого я вздохнул с облегчением. Следующим шагом было проверить АКБ на емкость и саморазряд. Раньше акб у меня садился в ноль на четвертые сутки, последний раз я еле завел на начало третьих.
В данном ролике попытка восстановить автомобильный аккумулятор. Данный ролик черновой и снимался чуть более трех суток. Рассказ о методе от А до я по восстановлению автомобильного аккумулятора почти до полной его емкости. Аккумулятор был самым дешевым 4 года назад в магазине наклейки на нем не было. В ИПБ говорят что данный метод тоже работает но после того что я увидел я в этом сильно сомневаюсь!
Сразу скажу что данный метод весьма опасен и чтобы хоть как то себя защитить, работу с аккумулятором стоит производить в хорошо проветриваемом помещении, а аккумулятор по риску нужно погрузить в емкость с холодной водой.
Когда аккумулятор толком не имеет емкости и быстро разряжается он не представляет сильной угрозы, но как только емкость у него возрастает он начинает сильно греется и идет бурная реакция в банках с сильным выделением водорода, а это уже опасно.
Ну и сам видео ролик моих мук ниже.