При работе аккумуляторных стеков в буферном или циклическом режиме, а также при расширении подобных систем, возможно неравномерное распределение отдачи электрической энергии, что приводит к более быстрому устареванию АКБ. Как правильно проводить выравнивание заряда аккумулятора читайте в этой статье.

Периодическое выравнивание электрического заряда аккумуляторов в системе – это необходимый процесс, обеспечивающий правильную работу оборудования. Если несколько АКБ связаны в цепь, со временем может произойти разбалансировка – заметное изменение напряжения отдельных батарей. Чтобы этого избежать, рекомендуется раз в полгода осуществлять ребалансировку. Обычно ее проводят, используя повышенное напряжение, на протяжении двадцати четырех часов. Узнать конкретное напряжение можно из спецификации аккумулятора на нашем сайте, посмотреть данные на сайте производителя или уточнить у продавца.

Многоуровневые системы – краткая характеристика и назначение

Системы, использующие несколько аккумуляторных батарей, широко используются в быту и на производстве. Про схемы подлючения аккумуляторов в многоуровневые системы . Здесь же нужно сказать, что они весьма полезны для длительного обеспечения бесперебойным электропитанием котлов отопления, а также для создания «зеленых» систем энергетики, работающих от солнечных батарей и ветро генераторов. Ведь, кроме того, что нужно произвести электричество, его надо еще где-то накапливать и хранить. Именно для этих целей необходимы системы из нескольких аккумуляторных батарей, при помощи которых из 12-вольтовых АКБ можно собрать систему любой емкости и вольтажа.

Как уже было сказано выше, при длительной работе возникают проблемы, связанные с разбалансировкой АКБ, далее мы поговорим об этом подробнее.

Для того чтобы избежать разбалансированности заряда в новых батареях рекомендуется покупать сразу все батареи одного производителя, одинаковой серии, типа и емкости с одинаковой датой выпуска. При нарушении данных правил или расширении системы - выравнивание заряда аккумуляторов нужно производить обязательно!

Если в процессе службы системы бесперебойного питания возникает необходимость расширения по емкости, то самым идеальным вариантом будет подобрать дополнительную батарею исходя из вышеперечисленных требований не более года в разнице по дате выпуска.

Дело в том, что спустя год после работы такой системы в свинцово-кислотных аккумуляторах глубокого разряда могут происходить необратимые процессы и нормальная совместная их работа не гарантирована. Т.е. новая батарея может быть выведена из строя более старыми. При существенном различии в дате производства год и более, послепродажная гарантия производителя на новую батарею может быть потеряна!

Разбалансировка – что это такое и как с ней бороться

Время от времени, во всех системах, использующих АКБ с последовательным, параллельным или смешанным типом подключения возникает разбалансировка заряда. Из-за нее происходит ухудшение работоспособности аккумуляторов, уменьшение емкости и выход из строя отдельных батарей раньше паспортного срока.

Проблема в том, что все АКБ немного отличаются друг от друга, даже если это батареи одной марки. При создании блока АКБ, эти отличия могут усиливаться. Предположим, в системе есть батарея с сопротивлением, немного большим, чем у соседних. Естественно, при зарядке, напряжение на ней будет несколько выше, может даже сработать защита от повышенного напряжения. Во время отдачи электроэнергии напряжение этой батареи будет самым меньшим, как и ее емкость. Все это приводит к тому, что ресурс всей системы будет использоваться не полностью. В результате – деградация и усиление дефекта с течением времени. Слабое звено будет ухудшать производительность всего блока АКБ. Можно, конечно, купить другую батарею, но это не панацея. Что делать если аккумуляторы относительно новые? Да и стоимость не копеечная.

Есть два способа выравнивания заряда аккумуляторов:

1. Пассивный;
2. Активный.

При первом способе используют байпасные цепи, которые распыляют энергию. Эти устройства могут быть вмонтированы в систему ИБП, или находиться в отдельной микросхеме. Чаще всего, этот способ используют в бюджетном оборудовании. Почти вся излишняя электроэнергия от АКБ с превосходящим зарядом преобразуется и рассеивается – в этом заключается основное ограничение пассивного способа. Он уменьшает срок функционирования системы без зарядки.

При активном способе балансировки, для передачи электроэнергии от АКБ с более высоким зарядом к слабым батареям, применяют индуктивность, поэтому, потери не высоки. Благодаря этому, активный способ гораздо более эффективен, нежели пассивный. Но за качество придется все-таки доплачивать, активное оборудование стоит дороже.

Выравнивание заряда АКБ – практика

Система, выравнивающая заряд аккумуляторной батареи необходима для технического обслуживания АКБ с последовательным типом соединения, при зарядке их от единого источника. Аккумуляторы, с последовательным соединением формируют единую цепь или линейку. Их может быть несколько, зависимо от характера системы. Оборудование способно регулировать токи на отдельных батареях в нескольких цепях одновременно.

Система состоит из контроллера, который отвечает за регулирование заряда. Он подключается к общему источнику энергии цепи. Также имеются отдельные датчики, устанавливаемые на аккумуляторе. Это оборудование коммутируется при помощи специального шлейфа.

Батареи в одной цепи должны быть равной емкости, иначе оборудование не справится с задачей балансировки заряда на аккумуляторах. Чем больше разница в емкостных характеристиках, тем больше циклов зарядки и разрядки потребуется для выравнивания заряда аккумуляторных батарей.

Принцип работы балансировщика заряда

Контроллер анализирует напряжение и запускается, если оно увеличивается. Система высчитывает средний показатель и, по специальным шлейфам, берет информацию с каждого отдельного аккумулятора. Если напряжение на АКБ превышает среднее, то контроллер подает команду на компенсацию нагрузки. Если ниже – нагрузка снимается. Эти действия привязаны к циклам зарядки-разрядки, и, с каждым новым кругом, напряжение приводится к средним показателям.

Если показатель общего электрического напряжения не увеличивается на протяжении трех рабочих часов, то контроллер сигнализирует о том, что работа завершена и подает команду на отключение датчиков на АКБ. Но, анализ электрического напряжения не прекращается.

На всех батареях ставят датчик-контроллер напряжения. Лучше всего, это сделать рядом с контактами, потом подключить плюс к плюсу, минус – к минусу. При правильном монтаже датчик мигает. Если сигнала нет – или неправильно подключили, или аккумулятор не исправен. По COM-порту контроллер может выводить информацию по каждой батарее на персональный компьютер.

Кроме того, контроллер сигнализирует при падении, или повышении напряжения на аккумуляторах, ниже 10,5 Вольт и выше 15 Вольт.

Выводы

Выравнивание зарядов аккумуляторов – необходимая техническая мера. Она повышает безопасность использования АКБ и увеличивает срок их службы. Современные контроллеры балансировки АКБ тестируют техническое состояние каждой батареи и дают возможность использовать систему, минимизировав потери. В целом, это полезно из соображений безопасности и гарантирует надежную и бесперебойную работу оборудования.

В большинстве своем стационарные аккумуляторы используют свинцово-кислотную электрохимическую систему, которая требует некоторого обслуживания, в том числе в виде уравнительного заряда. Периодическое применение уравнительного заряда позволяет выровнять характеристики всех элементов к одному уровню путем приложения зарядного напряжения 2,50 В на элемент, что примерно на 10 процентов выше обычного значения.

Уравнительный заряд – это не более, чем преднамеренный перезаряд для удаления с пластин кристаллов сульфата свинца, которые накапливаются с течением времени. Если не контролировать состояние аккумулятора, процессы сульфатации могут снизить общую емкость или даже вывести аккумулятор из строя. Уравнительный заряд также борется с кислотной стратификацией - состоянием, при котором концентрация кислоты в нижней части батареи становится выше, чем в верхней.

Эксперты рекомендуют производить обслуживающий уравнительный заряд один или два раза в год. Лучшим методом узнать о его необходимости является применение полной зарядки в режиме насыщения, с дальнейшим сравнением удельной плотности каждого элемента затопленного свинцово-кислотного аккумулятора с помощью ареометра. Если разница между удельной плотностью разных элементов составляет более 0,030, то это свидетельствует о необходимости применения уравнительного заряда.

Во время уравнительного заряда проверяйте удельную плотность элементов каждый час и не прекращайте зарядку до тех пор, когда плотность не перестанет расти. Прекращение увеличения плотности будет говорить о том, что никакие дальнейшие улучшения в аккумуляторе уже невозможны, и дальнейшая зарядка может только навредить.

Заряжаемый аккумулятор должен находиться в прохладном месте и под неусыпным вниманием - возможно чрезмерное тепло- и газообразование. Умеренное газообразование является нормальным явлением, но в любом случае аккумулятор должен заряжаться в вентилируемом помещении, так как всего 4-х процентная концентрация водорода в воздухе уже взрывоопасна.

Целесообразность применения уравнительного заряда к VRLA и другим герметичным аккумуляторам не находит общего мнения. Некоторые производители рекомендуют производить уравнительный заряд таких аккумуляторов ежемесячно в течение 2-16 часов. Но следует помнить, что перезаряд герметичных аккумуляторов приводит к чрезмерному газообразованию и срабатыванию 34 кПа клапана, вследствие чего может произойти истощение электролита.

Не все зарядные устройства имеют функцию уравнительного заряда. Не следует проводить такой заряд не предназначенным для этого устройством.

Одинаковый ток подзаряда даже при оптимальном напряжении подзаряда батареи может быть недостаточным для поддержания всех элементов батареи в полностью заряженном состоянии. Это происходит из-за различий в саморазряде отдельных элементов.

Для приведения всех элементов АБ в полностью заряженное состояние и для предупреждения сульфатации электродов необходимо проводить уравнительные заряды напряжением 2,30ч2,35 В на элемент до достижения установившегося значения плотности электролита во всех элементах 1,20ч1,21г/см3 при температуре 20 °С. Уравнительный заряд проводят по программе. Производить уравнительный заряд батареи должен работник, ответственный за эксплуатацию АБ.

Для фирменных батарей необходимость, периодичность и условия выполнения уравнительных зарядов определяют в соответствии с технической документацией фирм-поставщиков или заводов-изготовителей.

Частота проведения уравнительных зарядов и их продолжительность зависят от состояния батареи и должны быть не реже одного раза в год с продолжительностью не менее 6 часов. На тех АБ, где по условию работы электроустановки напряжение подзаряда может поддерживаться только на уровне 2,15 В на элемент, уравнительные заряды необходимо проводить ежеквартально

Если во время контроля отклонение напряжения на АЭ превышает среднее значение на ±0,05 В, то необходимо дополнительно проконтролировать плотность электролита в этом элементе (и при необходимости скорректировать ее). Если в АБ имеются единичные элементы с пониженным напряжением и сниженной плотностью электролита (отстающие аккумуляторы), то для них необходимо проводить дополнительный уравнительный заряд от отдельного выпрямительного устройства.

Уравнительный заряд производится без вывода АБ из работы. Зарядное устройство включается по схеме заряда на все элементы (основные и концевые). Номинальное напряжение на шинах постоянного тока поддерживается при помощи переключения шинок управления в положение 100го элемента. Для выравнивания тока заряда необходимо подключить дополнительное разрядное сопротивление между 100м и последним элементом (RН1).

В том случае, если аккумуляторная батарея имеет дополнительные элементы, то необходимо подключить дополнительное разрядное сопротивление параллельно этим элементам (Rн2).Возможен вариант использования одного регулируемого сопротивления, в нормальном режиме подключенного между 108-120 эл., которое при уравнительном заряде подключается к 100 - 120 эл.

Контрольный разряд АБ

Контрольный разряд АБ на ПС производится с целью определения ее фактической емкости током 10ти или 3х часового режима разряда. Решение о проведении контрольного разряда оформляется после анализа ее состояния и работоспособности по результатам инспекторских осмотров, проверки толчковым током, наличии значительного количества отстающих элементов, наличии невыясненных причин отказов включения масляных выключателей. Контрольный разряд выполняет лицо, ответственное за эксплуатацию АБ, при наличии разрешенной заявки и в соответствии с утвержденной главным инженером МЭС программой.

Перед контрольным разрядом АБ необходимо произвести уравнительный заряд АБ. Перед началом разряда необходимо зафиксировать дату разряда, напряжение, плотность электролита каждого АЭ и температуру в контрольных элементах.

Глубина разряда должна строго контролироваться по двум параметрам: по напряжению и плотности электролита. Если контрольный разряд проводится током 3х или 10ти часового режима разряда, то в этом случае разряд должен прекращаться при достижении хотя бы на одном элементе напряжения 1,8 В. При разряде малыми токами разряд должен прекращаться:

· при снижении напряжения до 1,8 В хотя бы на одном элементе;

· при снижении плотности электролита до значения с= 1,15 г/см3 (на 0,03ч0,05 г/см3 против первоначальной плотности в начале разряда)

· при снятии номинальной емкости 10ти часового режима разряда.

При разряде не допускается отнимать от АБ емкость, большую гарантированной для данного режима разряда. Во время разряда на контрольных и отстающих АЭ следует измерять температуру и плотность электролита согласно с таблицей №2.

Таблица №2 Объем необходимых измерений при разряде АБ

В конце разряда на всех элементах АБ необходимо измерить и записать напряжение, температуру и плотность электролита, а также напряжение между полюсами АБ и между каждым полюсом и «землей». Отобрать пробы электролита из контрольных элементов для химического анализа и проверки содержания примесей в электролите. После первого года эксплуатации анализ электролита необходимо выполнить из всех элементов АБ.

Значение тока разряда каждый раз должно быть одно и то же Результаты измерений при контрольных разрядах должны сравниваться с результатом измерений предыдущих разрядов. Их значения не должны отличаться более чем на 10 %.

Если при контрольном разряде выяснится, что емкость АБ значительно отличается от номинальной, необходимо проверить емкость электродов при помощи кадмиевого электрода и в зависимости от результатов проверки наметить мероприятия по восстановлению емкости АБ.

Типы свинцово-кислотных аккумуляторов

На текущий момент на рынке аккумуляторов наиболее распространены следующие типы:

- SLA (Sealed Lead Acid) Герметичные свинцово-кислотные или VRLA (Valve Regulated Lead Acid) клапанно-регулируемые свинцово кислотные. Изготовлены по стандартной технологии. Благодаря конструкции и применяемых материалов, не требуют проверки уровня электролита и доливки воды. Имеют невысокую устойчивость к циклированию, ограниченные возможности работы при низком разряде, стандартный пусковой ток и быстрый разряд.

- EFB (Enhanced Flooded Battery) Технология разработана фирмой Bosch. Это промежуточная технология между стандартной и технологий AGM. От стандартной такие аккумуляторы отличаются более высокой устойчивостью к циклированию, улучшен прием заряда. Имеют более высокий пусковой ток. Как и у SLA\VRLA, есть ограничения работы при низкой заряженности.

- AGM (Absorbed Glass Mat) На текущий момент лучшая технология (по соотношению цена\характеристики). Устойчивость к циклированию выше в 3-4 раза, быстрый заряд. Благодаря низкому внутреннему сопротивлению обладает высоким пусковым током при низкой степени заряженности. Расход воды приближен к нулю, устойчива к расслоению электролита благодаря абсорбции в AGM-сепараторе.

- GEL (Gel Electrolite) Технология, при которой электролит находиться в виде геля. По сравнению с AGM обладают лучшей устойчивостью к циклированию, большая устойчивость к расслоению электролита. К недостаткам можно отнести высокую стоимость, и высокие требования к режиму заряда.

Существуют еще несколько технологий изготовления аккумуляторов, как связанных с изменением формы пластин, так и специфическими условиями эксплуатации. Не смотря на различие технологий, физико-химические процессы протекающие при заряде - разряде аккумулятора одинаковые. По-этому алгоритмы заряда различных типов аккумуляторов практически идентичны. Различия,в основном, связаны со значением максимального тока заряда и напряжения окончания заряда.

Например, при заряде 12-ти вольтового аккумулятора по технологии:

Определение степени заряженности аккумулятора

Есть два основных способа определения степени заряженности аккумулятора, измерение плотности электролита и измерение напряжения разомкнутой цепи (НРЦ).

НРЦ - это напряжение на аккумуляторе без подключенной нагрузки. Для герметичных (не обслуживаемых) аккумуляторов степень заряженности можно определить только измерив НРЦ. Измерять НРЦ необходимо не раньше, чем через 8 часов после остановки двигателя (отключения от зарядного устройства), с помощью вольтметра класса точности не ниже 1.0. При температуре аккумулятора 20-25оС (по рекомендации фирмы Bosch). Значения НРЦ приведены в таблице.

(у некоторых производителей значения могут отличаться от приведенных) Если степень заряженности аккумулятора меньше 80%, то рекомендуеться провести заряд.

Алгоритмы заряда аккумуляторов

Существуют несколько наиболее распространенных алгоритмов заряда аккумулятора. На текущий момент большинство производителей аккумуляторов рекомендуют алгоритм заряда CC\CV (Constant Current \ Constant Voltage – постоянный ток \ постоянное напряжение).

Такой алгоритм обеспечивает достаточно быстрый и «бережный» режим заряда аккумулятора. Для исключения долговременного пребывания аккумулятора в конце процесса заряда, большинство зарядных устройств переходит в режим поддержания (компенсации тока саморазряда) напряжения на аккумуляторе. Такой алгоритм называется трехступенчатым. График такого алгоритма заряда представлен на рисунке.

Указанные значения напряжения (14.5В и 13.2В) справедливы при заряде аккумуляторов типа SLA\VRLA,AGM. При заряде аккумуляторов типа GEL значения напряжений должны быть установлены соответственно 14.1В и 13.2В.

Дополнительные алгоритмы при заряде аккумуляторов

Предзаряд У сильно разряженного аккумулятора (НРЦ меньше 10В) увеличивается внутреннее сопротивление, что приводит к ухудшению его способности принимать заряд. Алгоритм предзаряда предназначен для «раскачки» таких аккумуляторов.

Асимметричный заряд Для уменьшения сульфатации пластин аккумулятора можно проводить заряд асимметричным током. При таком алгоритме заряд чередуется с разрядом, что приводит к частичному растворению сульфатов и восстановлению емкости аккумулятора.

Выравнивающий заряд В процессе эксплуатации аккумуляторов происходит изменение внутреннего сопротивления отдельных «банок», что в процессе заряда приводит неравномерности заряда. Для уменьшения разброса внутреннего сопротивления рекомендуется проводить выравнивающий заряд. При этом аккумулятор заряжают током 0.05...0.1C при напряжении 15.6...16.4В. Заряд проводиться в течении 2...6 часов при постоянном контроле температуры аккумулятора. Нельзя проводить выравнивающий заряд герметичных аккумуляторов, особенно по технологии GEL. Некоторые производители допускают такой заряд для VRLA\AGM аккумуляторов.

Определение емкости аккумулятора

В процессе эксплуатации аккумулятора его емкость уменьшается. Если емкость составляет 80% от номинальной, то такой аккумулятор рекомендуется заменить. Для определения емкости аккумулятор полностью заряжают. Дают отстояться в течении 1....5 часов и затем разряжают током 1\20С до напряжения 10.8В (для 12-ти вольтового аккумулятора). Количество отданных аккумулятором ампер-часов является его фактической емкостью. Некоторые производители используют для определения емкости другие значения тока разряда, и напряжения до которого разряжается аккумулятор.

Контрольно-тренировочный цикл

Для уменьшения сульфатации пластин аккумулятора одна из методик это проведение контрольно тренировочных циклов (КТЦ). КТЦ состоят из нескольких последовательных циклов заряда с последующим разрядом током 0.01...0.05С. При проведении таких циклов, сульфат растворяется, емкость аккумулятора может быть частично восстановлена.

• Провести внешний осмотр аккумулятора. Верхняя поверхность аккумулятора и клеммные соединения должны быть чистыми и сухими, не содержать загрязнений и коррозии.
• Если на верхней поверхности / наливных аккумуляторов есть жидкость, это может означать избыток залитой жидкости. Если жидкость имеется на поверхности гелевого или AGM аккумулятора, это означает избыточный заряд аккумулятора, и его рабочие характеристики и срок службы снизятся.
• Проверьте аккумуляторные кабели и подключения. Замените поврежденные кабели. Затяните ослабленные подключения.

Очистка

• Убедитесь, что все защитные колпачки надежно закреплены на аккумуляторе.
• Очистите верхнюю поверхность аккумулятора, клеммы и соединения при помощи ветоши или щетки и раствора пищевой соды и воды. Запрещается допускать попадание чистящего раствора внутрь аккумулятора.
• Ополосните водой и высушите чистой ветошью.
• Нанесите тонкий слой технического вазелина или средства для защиты клемм, которое можно приобрести у местного поставщика аккумуляторов.
• Содержите территорию вокруг аккумуляторов в чистоте и сухости.

Долив воды (ТОЛЬКО аккумуляторы с жидким электролитом)

В гелевые или AGM-аккумуляторы запрещается доливать воду, поскольку они не теряют ее в ходе эксплуатации. В / наливные аккумуляторы воду требуется добавлять периодически. Частота долива зависит от характера использования аккумулятора и температуры эксплуатации. Новые аккумуляторы следует проверять каждые несколько недель , чтобы определить частоту долива воды в конкретной сфере применения. Аккумуляторам обычно требуется более частый долив по мере их старения.

• Полностью зарядить аккумулятор перед доливом воды. Добавлять воду в разряженные или частично заряженные аккумуляторы можно только в том случае, если видны пластины. В этом случае долейте ровно столько воды, сколько требуется, чтобы закрыть пластины, а затем зарядите аккумулятор и продолжите процесс долива воды, описанный ниже.
• Снимите защитные колпачки и переверните их, чтобы грязь не попала на внутреннюю поверхность. Проверьте уровень электролита.
• Если уровень электролита значительно выше пластин, то воду доливать не обязательно.
• Если уровень электролита едва закрывает пластины, долейте дистиллированную или деионизированную воду до уровня на 3 мм ниже вентиляционной скважины.
• После долива воды установите защитные колпачки назад на аккумулятор.
• Воду из-под крана можно использовать в том случае, если уровень ее загрязнения находится в допустимых пределах.

Заряд и уравнительный заряд

Заряд

Правильный заряд чрезвычайно важен для максимально эффективной эксплуатации аккумулятора. Как недостаточный, так и избыточный заряд аккумулятора может существенно сократить срок его службы. Для правильного заряда смотрите инструкции, прилагающиеся к оборудованию. Большинство зарядных устройств -автоматические и заранее запрограммированные. В некоторых зарядных устройствах пользователь может устанавливать значения напряжения и силы тока. Смотрите рекомендации по заряду в Таблице.

• Удостоверьтесь в том, что зарядное устройство установлено на нужную программу для аккумуляторов с жидким электролитом, гелевых или AGM-аккумуляторов, в зависимости от вида используемого аккумулятора.
• После каждого использования аккумулятор должен быть полностью заряжен.
• Свинцово-кислотные аккумуляторы (с жидким электролитом, гелевые и AGM) не обладают эффектом запоминания, а потому им не требуется полной разрядки перед повторной зарядкой.
• Проводить заряд следует только в хорошо проветриваемых помещениях.
• Перед началом заряда проверьте уровень электролита, чтобы убедиться, что пластины закрыты водой (только для аккумуляторов с жидким электролитом).
• Перед началом заряда удостоверьтесь, что все защитные колпачки надежно закреплены на аккумуляторе.
• Аккумуляторы с жидким электролитом будут выделять газ (пузырьки) перед окончанием процесса зарядки, что обеспечит правильное смешивание электролита.
• Запрещается заряжать замерзший аккумулятор.
• Необходимо избегать проведения заряда при температуре свыше 49°C.

Схема 4

Схема 4 и 5

Уравнительный заряд (ТОЛЬКО для аккумуляторов с жидким электролитом)

Уравнительный заряд представляет собой избыточный заряд аккумулятора, выполняемый на аккумуляторах с жидким электролитом после их полного заряда. Компания Trojan рекомендует проводить уравнительный заряд только в том случае, если у аккумуляторов низкая удельная плотность, менее 1.250, или удельная плотность колеблется в широком диапазоне, 0.030, после полного заряда аккумулятора. Не следует проводить уравнительный заряд GEL или AGM аккумуляторов.

• Необходимо удостовериться, что аккумулятор является аккумулятором с жидким электролитом.
• Перед началом заряда проверить уровень электролита и убедиться, что пластины закрыты водой.
• Удостовериться, что все защитные колпачки плотно закреплены на аккумуляторе.
• Установить зарядное устройство в режим уравнительного заряда.
• В процессе уравнительного заряда в аккумуляторах будет выделяться газ (будут всплывать пузырьки).
• Измеряйте удельную плотность каждый час. Прекратить уравнительный заряд следует тогда, когда удельная плотность прекратит расти.

ВНИМАНИЕ! Запрещается проводить уравнительный заряд на гелевых или AGM-аккумуляторах.