Восстановление свинцовых аккумуляторов

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.

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.

Скачать печатную плату в формате Sprint-Layout

Авторы: Владимир Коновалов, Алексей Разгильдеев, Александр Вантеев - творческая лаборатория "Автоматика и связь"

Список радиоэлементов

^{Скачать список элементов (PDF)}

Теги:

• Sprint-Layout