Как зарядить AGM-аккумулятор без снятия с автомобиля / Habr

Привет, Хабр! На многие автомобили сегодня устанавливаются аккумуляторные батареи с впитывающими сепараторами из стекловолокна — AGM. Они известны своей склонностью к перегреву в процессе заряда, поэтому инструкции от производителей предписывают ограничивать зарядные токи и напряжения.

Вторая сложность состоит в том, что обесточивать электрооборудование современных автомобилей крайне нежелательно. Спектр негативных последствий снятия аккумулятора варьируется от потери данных адаптации до полной блокировки транспортного средства, которое придётся везти эвакуатором до уполномоченного сервисного центра, либо вызывать специалиста с особым прибором.

Подзаряд аккумулятора без отключения от бортовой сети имеет свою специфику, о которой я расскажу в данной статье.

Заряжаемая сегодня аккумуляторная батарея установлена на автомобиле Haval Raptor с конвейера и используется в течение одного года.

Это гибридный автомобиль системы PHEV (Plug-in Hybrid Electric Vehicle), что означает возможность заряжать тяговую литиевую батарею не только от двигателя внутреннего сгорания, но и от электросети через обычную бытовую розетку или мощную зарядную станцию.

АКБ произведена под маркой Varta и обозначается как AGM LN3 6-QF-70(720)-L. Номинальная ёмкость 20-часового разряда составляет 70 ампер*часов, а паспортный ток холодной прокрутки (ТХП) — 720 ампер по стандарту EN.

Для проверки реальных характеристик аккумулятора мы сегодня воспользуемся дешёвым прибором KONNWEI BK100, низкая цена которого обусловлена отсутствием экрана и кнопок. Все остальные функции продвинутого аккумуляторного тестера реализованы в полном объёме.

Компактное устройство с «кельвиновскими» крокодилами для измерения напряжения и тока по четырёхпроводной схеме легко разместить под капотом автомобиля. Всё управление тестером и обработка результатов измерений осуществляется со смартфона посредством беспроводного подключения по блютус.

Для начала измерим напряжение разомкнутой цепи (НРЦ) — электродвижущую силу химического источника тока при отсутствии нагрузки на клеммах. Воспользуемся режимом «форма волны», который представляет собой не просто цифровой вольтметр, а логгер, фиксирующий динамику напряжения и отображающий его осциллограмму на экране смартфона.

Такое высокое НРЦ у аккумулятора, не обслуживавшегося в течение года, обусловлено тем, что автомобиль, на котором он установлен, гибридный.

Здесь свинцово-кислотный аккумулятор используется только для питания управляющих схем и в качестве буфера для 12-вольтовой бортовой сети. Это последовательно-параллельный гибрид, где запуск двигателя внутреннего сгорания осуществляется генератором от высоковольтной тяговой батареи и не расходует ресурс свинцовой АКБ.

Тем не менее, последняя, как и аккумуляторы в системах бесперебойного питания и возобновляемой энергетики, подвержена сульфатации и подлежит периодическому десульфатирующему дозаряду до ста процентов ёмкости.

За год использования нового автомобиля сколько-нибудь заметного саморазряда у данного аккумулятора не накопилось. Однако не все автомобильные AGM установлены под капотами гибридов. В большинстве транспортных средств им приходится питать стартер, из-за чего недозаряд прогрессирует гораздо быстрее.

▍ Начнём с разряда

Поэтому в целях демонстрации процесса заряда автомобильного аккумулятора конструкции AGM мы воспользуемся электронной нагрузкой ZKE TECH EBC-A10H для разряда последнего.

Устанавливаем разрядный ток 10 ампер и время разряда 120 минут. Также имеется ограничение минимального напряжения под нагрузкой на уровне 10.5 вольт, но за два часа до этого, конечно же, не дойдёт, если аккумуляторная батарея исправна.

Температура во время проведения данного эксперимента составляет минус один градус по шкале Цельсия. Автомобиль поставлен на стоянку полтора часа назад.

Аккумулятор находится в неотапливаемом отсеке, поэтому его температуру можно оценить в районе плюс одного градуса. Во время движения свинцово-кислотная АКБ подзаряжается от бортовой сети гибридного автомобиля, а на стоянке — нет, если тяговая батарея при этом не заряжается от электросети.

Разряд завершён. Аккумулятор отдал нагрузке ровно 20 ампер*часов. Напряжение разомкнутой цепи составляет 12.29 вольта.

▍ Приступаем к заряду

Воспользуемся зарядным устройством Бережок-V1. Включаем ЗУ в электросеть и коротким нажатием кнопки переводим его в режим бездействия для безыскрового подключения крокодилов к клеммам аккумуляторной батареи.

Встроенный вольтметр показывает напряжение на клеммах 12.3 В. Этот вольтметр работает и при отсутствии внешнего питания от электросети, однако при подсоединении крокодилов незапитанного ЗУ к аккумулятору наблюдается искра, могущая воспламенить водород или пары бензина при их наличии вблизи АКБ.

При заряде аккумулятора без отключения от бортовой сети автомобиля обычно рекомендуется устанавливать напряжение на уровне не выше пятнадцати вольт.

Однако в данном случае представляется целесообразным сделать поправку на минусовую температуру и установить напряжение завершения заряда 15.5 В.

Устанавливаемые значения напряжения и тока отображаются на подсвеченном жидкокристаллическом дисплее ЗУ в виде мигающих цифр, чтобы отличить их от текущих измеренных значений.

Короткое нажатие кнопки запускает автоматический адаптивный режим заряда. AGM аккумуляторы отличаются способностью к восполнению заряда с прекрасной эффективностью, особенно если они не очень сильно разряжены.

Поэтому заряд начинается с хорошей силы тока, составляющей 9.5 ампера, несмотря на низкую температуру.

За 5 часов 39 минут аккумулятор получил 23.6 ампер*часа. Это уже больше, чем затраченные 20.

Заряд продолжается, но необходимо срочно ехать. Поэтому отключаем зарядное устройство.

Наступило утро следующего дня. Всего с момента заряда произошли две получасовые поездки: вечерняя с работы домой и утренняя из дома на работу.

Наблюдаем напряжение разомкнутой цепи 12.91 вольта. Это свидетельствует о том, что неполные 6 часов заряда не только восполнили двухчасовой разряд током 10 ампер, но и привели аккумулятор в более заряженное состояние, чем было перед началом эксперимента.

Однако смысл довести заряд до конца всё же имеется. Это позволит продлить срок безотказной службы аккумулятора.

Температура окружающего воздуха со вчерашнего дня не изменилась. Подключаем зарядное устройство и запускаем заряд.

За два часа сорок одну минуту аккумулятор получил скромные 1.9 А*ч.

Адаптивный алгоритм оценивает текущее состояние аккумуляторной батареи и переходит к этапу «высоковольтного» дозаряда, когда кратковременные подачи тока в 1.5 А чередуются с паузами, разрядными импульсами и зарядом меньшими токами при более низком напряжении.

Вы можете спросить, зачем этот этап аккумулятору системы AGM, электролит которого не свободно плещется в банке, а пропитывает сепараторы — маты из стекловолокна? Однако производители считают, что он необходим даже гелевым аккумуляторам.

▍ Выравнивающий заряд

Инструкция по эксплуатации тяговых гелевых аккумуляторов TNE от фирмы Tianneng предусматривает двухчасовой дозаряд током 1% паспортной ёмкости с ограничением напряжения на уровне 2.67 вольта на ячейку при температуре 20 градусов Цельсия и температурном коэффициенте -3 милливольта на градус Цельсия для каждой ячейки.

В пересчёте на шестибаночную аккумуляторную батарею ёмкостью 70 ампер*часов при нуле градусов получается напряжение 16.38 В и непрерывный постоянный ток силой 700 мА в течение двух часов.

Это обеспечивает выравнивающий заряд, чтобы все активные массы шести ячеек были заряжены как можно полнее. Тогда естественная разбалансировка, приводящая к деградации батареи, будет происходить гораздо медленнее.

Бережок-V1 подаёт на аккумулятор вдвое больший ток, но кратковременно, а не постоянно. После того, как произошла диссоциация труднорастворимых сульфатов «высоковольтным» импульсом тока в 2% ёмкости, заряд «раскупоренных» активных масс продолжается при более низком напряжении.

Этот «высоковольтный» этап дозаряда является необходимым не только для перемешивания свободно плещущегося электролита в стартерных аккумуляторах традиционной конструкции.

Он нужен и для электролитической диссоциации «злокачественных» сульфатов свинца, не образовавшихся на поверхности активных масс непосредственно в результате реакции Гладстона-Трайба при разряде, а кристаллизовавшихся из раствора.

Подробнее об этом можно прочитать в статье про десульфатацию свинцово-кислотных аккумуляторов.

Красный светодиод погас. Заряд завершён. За 3 часа 36 минут аккумулятору сообщено 2.16 ампер*часа.

Зарядное устройство находится в режиме хранения, при котором не держит аккумулятор под буферным напряжением, а периодически подзаряжает импульсами. При этом продолжается десульфатация, которой не было бы в буферном режиме.

Приборная панель автомобиля не показывает никаких ошибок. Как видим, вмешательство зарядного устройства в бортовую сеть транспортного средства не создало проблем.

На большом экране бортового компьютера тоже всё хорошо.

Напряжение на клеммах аккумулятора составляет 12.96 вольта.

Произведём проверку аккумулятора. Тестер показывает ток холодной прокрутки 657 ампер из 720 паспортных при внутреннем сопротивлении 3.68 миллиома, что соответствует состоянию здоровья 91%.

Может показаться, что для годовалого аккумулятора с гибридного автомобиля это совсем не впечатляющий результат. Однако проверка цифровым тестером или нагрузочной вилкой должна производиться при комнатной температуре, а здесь температура аккумулятора чуть выше нуля.

При +25 градусах Цельсия тестер показал бы измеренное значение тока холодной прокрутки выше паспортного. Аккумулятор находится в прекрасном состоянии.

▍ Когда и как заряжать AGM аккумулятор?

Признаком необходимости стационарного заряда 12-вольтовой свинцово-кислотной аккумуляторной батареи является напряжение разомкнутой цепи ниже 12.5 вольта.

Если температура окружающей среды выше +25 градусов Цельсия, то для AGM следует устанавливать напряжение окончания заряда 14.7 вольта.

Следует помнить, что площадь поверхности губчатых активных масс свинцового аккумулятора, определяющая электрическую проводимость, пропорциональна их объёму, то есть третьей степени от размера. Тогда как внешняя площадь охлаждения корпуса пропорциональна квадрату размера, что составляет только вторую степень.

Иными словами, большие аккумуляторы охлаждаются хуже, чем маленькие. Грузовые АКБ более склонны к перегреву в процессе заряда, чем легковые, а легковые — чем небольшие аккумуляторы компьютерных источников бесперебойного питания и электроскутеров.

В аккумуляторах, чьи банки не сообщаются с атмосферой, а закрыты предохранительными клапанами, дополнительно присутствует так называемый цикл рекомбинации кислорода, снижающий эксплуатационный расход воды.

Кислород, выделяющийся при электрохимическом разложении последней, не улетучивается, а окисляет губчатый свинец отрицательных активных масс. Образовавшийся оксид тут же саморазряжается до сульфата с выделением тепла.

Это является причиной повышенного нагрева герметичных аккумуляторов. Наиболее продвинутые из числа последних оснащаются и катализатором для рекомбинации водорода, также экзотермической, подобно работе бензиновых каталитических грелок. Но это не наш случай.

При температуре воздуха от +15 до +25 градусов Цельсия следует устанавливать напряжение завершения заряда 15 вольт, а в диапазоне от -10 до +15 — 15.5 вольт, как в данном примере.

И разумеется, перед присоединением зарядного устройства следует выключить зажигание и все потребители электроэнергии.

▍ Специфика электромобилей и подключаемых гибридов

В режиме стоянки всё остающееся активным электрооборудование автомобиля Haval Raptor питается от свинцово-кислотного аккумулятора.

Если нажать кнопку «Старт» при отпущенной педали тормоза, бортовая электроника «просыпается» и включается преобразователь напряжения высоковольтной батареи в буферное напряжение бортовой сети, подзаряжающее свинцовую АКБ. На экране логгера это выглядит так.

То есть, кислотный аккумулятор электромобиля или подключаемого гибрида подзаряжается не только во время езды и при работающем двигателе, но и всегда, когда электрооборудование находится не в спящем режиме.

После запуска двигателя напряжение бортовой сети практически не изменилось. Переводим электронику в спящий режим. Преобразователь отключается, и напряжение на клеммах свинцовой АКБ постепенно падает вследствие рассасывания поляризации.

При подключении спящего автомобиля к зарядной станции осуществляется заряд не только высоковольтной литиевой, но и 12-вольтовой кислотной батареи.

Тем не менее, зарядного напряжения 14.2–14.3 В недостаточно для устранения неизбежно развивающейся сульфатации, поэтому даже в электромобиле или подключаемом гибриде свинцовому аккумулятору необходим периодический выравнивающий заряд.

Опытные данные предоставлены Аккумуляторщиком Виктором Vector.

Telegram-канал со скидками, розыгрышами призов и новостями IT 💻