Ток для зарядки тягового аккумулятора

Особенности тяговых аккумуляторов глубокого разряда

Электрический аккумулятор (далее «аккумулятор», лат. accumulator, что означает собиратель, стяжатель, накопитель) – устройство для периодического накопления электрической энергии от химической реакции, и передачи её устройству-потребителю. Работоспособность аккумулятора восстанавливается электрическим током, противоположным току разряда. Аккумуляторы, соединённые последовательно, образуют аккумуляторную батарею (АКБ).

Первый аккумулятор создан немецким химиком И.В. Риттером (1776 – 1810). 21 век впечатляет разнообразием этих устройств, от миниатюрных батарей к бытовым устройствам до гигантских хранилищ энергии. Так, компания Tesla построила в Калифорнии хранилище на 80 МВт*часов, которое обеспечивает 4-часовой запас электроэнергии для 15 тысяч домов и готова построить в Австралии хранилище на 100 МВт*часов.

Зарядка тягового аккумулятора

Как заряжать тяговые аккумуляторы
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.

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.

Чем и как заряжать тяговые аккумуляторы для лодочных электромоторов – подробно о главном.

Тяговые аккумуляторные батареи успешно используются для питания лодочных электромоторов и другого бортового оборудования. Такие устройства способны обеспечивать непрерывное движение лодки или катера на электротяге. Они имеют герметичный корпус и высокую степень защиты от разгерметизации, устойчивы к вибрации, механическим воздействиям и температурным перепадам.

Лучшими эксплуатационными характеристиками обладают литиевые тяговые АКБ. Они:

1. примерно на 70% легче, чем AGM и гелевые аналоги;
2. имеют минимальный саморазряд;
3. надежны в использовании;
4. обладают высоким КПД;
5. имеют эксплуатационный ресурс до 2000–3000 циклов заряда-разряда;
6. быстро заряжаются;
7. работают в температурном диапазоне от -20 до +60°С.

Не зря на борту всех спортивных и профессиональных лодок, яхт и парусников сегодня стоят именно литиевые тяговые АКБ.

Но нарушение правил эксплуатации и хранения аккумуляторных батарей приводит к сокращению их эксплуатационного ресурса. В частности, негативно влияет на состояние АКБ ее глубокий разряд. Чтобы продлить срок службы батареи, желательно не разряжать ее ниже 90% от общей емкости, в крайних случаях – до 95%, не оставлять надолго в разряженном состоянии, а лучше – подзаряжать до 50% емкости после каждого применения. Это поможет продлить эксплуатационный ресурс батареи и избежать проблем при ее эксплуатации. Поэтому важно знать, как правильно заряжать тяговый аккумулятор для электромотора лодки или катера, и четко соблюдать эти правила.

Маркировка

Различают следующие типы маркировки:

• PzS, OPzS. Мало обслуживаемые тяговые АКБ, положительные решетки которых имеют специальную оплетку (панцирь). Назначение панциря предотвращать осыпание активной составляющей электрода.
• PzV, OPzV. Также панцирные плюсовые решетки, но вместо жидкого электролита используется желеобразный (GEL).
• Жидкий электролит (вода, серная кислота), поверхностный принцип токоотвода. Отличительная особенность – поверхность положительных электродов в 10 и более раз превосходит стандартные аналоги. Обладают огромной емкостью (более 2000 Ah) и максимальным, как для современных АКБ, сроком службы (больше 25-и лет).
• Аккумуляторы с сетчатыми стрежневыми плюсовыми пластинами;
• Пластины такие же, как и в предыдущем случае, а сама тяговая батарея необслуживаемая герметизированная с желеобразным электролитом.
• P Батареи с такой маркировкой оснащены пластинами из чистого свинца, токоотводящая поверхность максимальна.
• OP. В аккумуляторе применен жидкий электролит (водный раствор серной кислоты).

Методы зарядки лодочных тяговых АКБ

Можно выделить несколько вариантов эксплуатации и зарядки LiFePO 4 тяговых АКБ:

1. Неоптимальный или «Полный бак всегда лучше». Пользователи держат АКБ всегда полностью заряженным. После использования АКБ всегда заряжают его yf 100%. Держат его по долгу на зарядке стараясь идеально «отбалансировать». Ответ: такой метод использования приводит к частым перезарядам аккумуляторов и к хранении вдалеке от рекомендуемых производителями состояния хранения – SOC – 50%.
2. Смешанный режим использования с эксплуатацией АКБ в границах заряда 10-95%, хранении в SOC 50% и периодическом заряде до 100% для балансировки параллелей АКБ. В данном случае АКБ подзаряжается каждый раз перед использованием. Такой метод использования и зарядки на данный момент наиболее прогрессивный и позволяет значительно продлить ресурс батареи.
3. Ленивый. АКБ хранится разряженной после использования, потом, перед эксплуатацией заряжается большими токами. Влажные и холодные условия хранения. Зарядка при отрицательных температурах. Все это отрицательно сказывается на батарее и ее ресурсе.

Правила зарядки лодочных тяговых АКБ

При выборе, как заряжать тяговые аккумуляторы для лодочных электромоторов , нужно учесть где вы будете заряжать АКБ. С LiFePO 4 это проще, можно легко вынуть батарею из лодки и отнести в место зарядки одному. Также надо определить интенсивность зарядки. Если используется тяговая АКБ 40-100 Ампер-час, можно воспользоваться портативным ЗУ с током заряда до 10 А и зарядка будет завершена за 4-10 часов.

При отсутствии на лодке или другом судне закрытых отсеков необходимо применять полностью водонепроницаемые ЗУ с категорией защиты IP67 или IP68. Используемые зарядные устройства должны предназначаться для конкретного типа АКБ, в противном случае они могут подавать неподходящие значения тока и нанести лодочной батарее существенный вред.

Отличие от стартерных

Главное отличие тяговых аккумуляторов от стартерных моделей заключается в строении токоотводящих пластин электрода. В пусковых батареях они тонкие, но их много. Большая поверхностная площадь позволяет быстро отдать много тока, что важно при пуске двигателя. В тяговых аккумуляторах, напротив – пластины более крупные и заметно толще.

В результате реакция серной кислоты и рабочего состава пластин протекает медленнее, из-за чего нет возможности отдать много тока сразу, но длительность процессов, образующих ток, несопоставимо дольше, чем у батарей с тонкими решетками. Массивные пластины, помимо продолжительных электрохимических реакций, имеют гораздо больший срок службы, они менее подвержены износу и сульфатации.

Тяжелые внутренние элементы требуют соответствующей наружной конструкции, поэтому тяговые батареи упакованы в монолитный жесткий корпус, изготовленный из эбонита или высокопрочных полимеров.

Рекомендации по зарядке и эксплуатации литиевых тяговых лодочных батарей

1. Не вскрывайте АКБ, поскольку нарушение герметичности может вызвать коррозию и привести к короткому замыканию.
2. Используйте ЗУ с алгоритмом заряда CC / CV .
3. Подзарядите АКБ, если она разряжена.
4. Соблюдайте требования, изложенные в инструкции по эксплуатации приобретенной АКБ.
5. Старайтесь использовать АКБ в диапазоне емкости 10–95%, чтобы не допускать ее сильного разряда и оперативно восстанавливать заряд.
6. Выбирайте АКБ большей емкости. Чем больше емкость, тем большие тока может отдавать АКБ, соответственно при заданной нагрузке удельная нагрузка будет меньше, ресурс выше.

Лодочные аккумуляторы для электромоторов — химические источники тока, и, соответственно, как и любая химия требуют внимательного к ней отношения.

Предлагаем вашему вниманию еще одну познавательную статью – о разновидностях литиевых аккумуляторов .

АКБ стартовые и глубокого разряда

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.

Так выглядят ячейки различных свинцово-кислотных аккумуляторов — жидко-кислотного, AGM и гелевого

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. 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.

У аккумуляторов глубокого разряда (тяговых) толстые пластины. Именно благодаря толстым пластинам и плотному активному материалу в решетках, тяговые аккумуляторы и держат заряд на протяжении длительного времени. Чтобы диффузия произошла не только на поверхности, но и распространилась вглубь толстых пластин, тяговые аккумуляторы 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

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.

Осмотр

• Провести внешний осмотр аккумулятора. Верхняя поверхность аккумулятора и клеммные соединения должны быть чистыми и сухими, не содержать загрязнений и коррозии.
• Если на верхней поверхности аккумуляторов с жидким электролитом / 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.

Как продлить срок службы тяговых свинцово-кислотных аккумуляторов

Герметизированные тяговые свинцово-кислотные аккумуляторы Volta bikes серии 6DZM предназначены для использования в лёгком электротранспорте. Свинцово-кислотные аккумуляторы устанавливаются почти во всех моделях электроскутеров и электроквадроциклов, некоторых моделях электровелосипедов и электросамокатов. Это неприхотливый и надёжный источник постоянного тока, не требующий какого-либо обслуживания на протяжении всего срока службы, который к тому же, стоит дешевле литий ионных аккумуляторов аналогичной ёмкости.

Обычно, тяговые свинцово-кислотные аккумуляторы Volta bikes, при правильной эксплуатации, служат от 3-х до 4-х лет. В условиях постоянных полных разрядов, срок службы может сократиться до 2 лет. При эксплуатации с небольшим уровнем разряда, аккумуляторы могут работать до 5 – 7 лет. Соблюдая несложные правила, можно максимально увеличить ресурс тяговых свинцово-кислотных аккумуляторов.

В начале эксплуатации, определите максимальное расчётное время заряда своей свинцово-кислотной аккумуляторной батареи, разделив ёмкость батареи в ампер часах на силу тока зарядного устройства в амперах. Например, полностью разряженная (до 10.5v) аккумуляторная батарея 24v14Ah при температуре + 25 градусов Цельсия будет заряжаться зарядным устройством с силой тока 1.8А примерно 7.8 часа. (7 час. 50 мин. + / — 30 минут).

Свинцово — кислотные аккумуляторы – химический источник тока. При подаче тока от зарядного устройства, в аккумуляторе происходят одни химические реакции, при разряде аккумулятора – другие. Подробнее об этом можно прочесть здесь. На скорость протекания химических реакций влияет температура электролита. Оптимальная температура электролита +25 градусов Цельсия. Именно для этой температуры указана номинальная ёмкость аккумуляторов. При повышении температуры электролита, – их ёмкость увеличивается, при понижении – уменьшается.

Если температура аккумуляторов ниже рекомендуемой для зарядки (18 – 25 градусов Цельсия), то время их зарядки увеличится пропорционально снижению температуры. При температуре ниже +10 градусов Цельсия, эффективность зарядки сильно снижается. При отрицательных температурах электролита, полноценно зарядить свинцово-кислотный аккумулятор, — практически невозможно. Поэтому, перед зарядкой, аккумуляторы рекомендуется прогреть, поместив в помещение с комнатной температурой воздуха на несколько часов.

Гелевые устройства для мототехники

Некоторые отрицательные черты зарядных устройств гелевого типа вызывают скептическое отношение со стороны ряда автолюбителей. Но большинство мотоциклистов и владельцев скутеров считают, что для мотоцикла и скутера гелевый вариант предпочтительнее традиционного, кислотного по ряду причин. Мотоциклисты отмечают, что у кислотных устройств пары серной кислоты, попадающие на разъёмы, рамы, проводку мотоцикла, разрушают их во время езды, что у гелевых аккумуляторов отсутствует. Эти устройства работают во всех положениях, которые приходится принимать мотоциклу или скутеру. Поэтому не удивительно, что водители мотоциклов и скутеров считают, что наиболее приемлемым для их машин является гелевый аккумулятор.

Источник