Свинцово-кислотные аккумуляторы: азбука импульсного заряда



    Тема импульсного заряда свинцовых аккумуляторов (СА) и состоящих из них кислотных батарей (АКБ) в последние годы набирает актуальность. В продаже появляются инновационные зарядные устройства, публикуются статьи, на специализированных форумах идёт активная исследовательская работа с жаркими спорами на сотни страниц.

    О чём спорим?


    Важнейшими эксплуатационными характеристиками АКБ являются ёмкость, токоотдача, срок службы, надёжность. Новые методы заряда и реализующие их устройства призваны служить цели повышения этих характеристик. В чём суть таких методов, и почему они актуализируются именно сейчас, мы и рассмотрим.

    В чём сложность?


    СА — сложная физико-химическая система, в которой происходят, как минимум, десятки известных процессов, испытывающих взаимовлияние и влияние внешних факторов, прежде всего, электрического воздействия и температуры. Особую сложность добавляет то, что кинетика, то есть динамика скорости развития и распространения, у процессов разная.

    На протяжении десятилетий исследователи изучали эти процессы и вырабатывали способы взаимодействия с ними, при помощи имевшегося в их распоряжении оборудования. Фиксировались осциллограммы, графики самописцев, таблицы результатов измерений, разрабатывались и испытывались экспериментальные установки, и вывод чаще всего был один: СА — предмет сложный для понимания и эксплуатации, многие теоретические и практические вопросы остаются открытыми.

    Почему этого не придумали раньше?


    Но техника и техническая культура не стоят на месте. Появились и стали доступными электронные вычислительные машины (ЭВМ), причём в виде не только персональных компьютеров, но и компактных, недорогих, экономичных микроконтроллеров (МК), представляющих собой микроЭВМ с развитой периферией, выполненную на одном кристалле кремния размером меньше тетрадной клетки, и при этом способную выполнять миллионы операций в секунду. Аналоговая микроэлектроника также не отставала в развитии, предоставив всем желающим компоненты с невиданными ранее характеристиками точности, стабильности, диапазона применений.

    Итак, сегодня самое время вернуться к старому доброму изобретению Гастона Планте, вот уже много десятилетий несущему верную службу во множестве отраслей бытовой и профессиональной жизни, — свинцовому аккумулятору, — на предмет поиска более адекватных методов его эксплуатации с их реализацией на современной элементной базе.

    Теория двойной сульфатации


    Аккумулятор, он же вторичный химический источник тока (ХИТ), осуществляет накопление электрической энергии путём обратимого преобразования химического состава электродов (пластин), для дальнейшего полезного использования. В наипростейшем грубом приближении, называемом теорией двойной сульфатации, процессы заряда и разряда СА могут быть выражены следующей формулой.

    PbO2 + Pb + 2H2SO4 = PbSO4 + PbSO4 + H2O

    Реакция разряда происходит слева направо, заряда — справа налево. Активная масса (АМ) заряженной плюсовой (положительной) пластины, — ПАМ, — образована оксидом свинца, минусовой (отрицательной), — ОАМ, — губчатым свинцом. Как видим, и ПАМ, и ОАМ при разряде преобразуются в сульфат свинца, при образовании которого расходуется серная кислота и образуется вода.

    Концентрация серной кислоты, а соответственно, плотность электролита, снижается при разряде и повышается при заряде. Это азбука свинцовых аккумуляторов. Но далее мы увидим, что одних букв азбуки недостаточно, их ещё надо связать в слова, предложения и текст, годный в качестве руководства к действию.

    Упрощённые химические формулы носят статистический характер и не учитывают множества последовательных и параллельных переходных процессов, а также модификаций участвующих в них веществ, потому должны рассматриваться лишь как вводные данные, и ни в коем случае не как исчерпывающие и закрывающие вопрос ответы.

    Структуры и функции


    В отличие от школьного экзамена и конкурса эрудитов, на практике необходимы действующие и доступные к повторению способы (функции) и структуры (устройства) для их реализации. Это означает необходимость определиться, (и корректировать по ходу развития темы), с приоритетами: что, в данном приложении, мы учитываем прежде всего, а чем, опять же в данном приложении, можно пренебречь. Иначе получится презентация либо энциклопедия, но никак не прикладная, реализующая функцию структура. Презентации и энциклопедии тоже нужны, но это структуры для других функций.

    Эта страшная сульфатация


    Из рассмотрения самой упрощённой, азбучной формулы, мы уже видим, что сульфатация, да ещё и двойная, — отнюдь не побочный эффект, а самая основа процесса разряда СА, будь то саморазряд или полезный разряд, ради которого АКБ и строится. Каким образом сульфатация становится патологической и губит аккумулятор, и как этого избежать, наш текущий вопрос.

    Поляризующее воздействие и зарядный ток


    Сульфат свинца — труднорастворимый диэлектрик. Для его растворения, точнее, преобразования в активную массу пластин, необходимо приложить поляризующее воздействие, то есть разность потенциалов, она же электрическое напряжение, а также затратить электрический заряд для его усвоения в химической форме, т.е. пропустить зарядный ток в течение какого-то времени. Таким образом, электрическая энергия будет запасена в химической форме, и совершится заряд СА.

    Упрощённо, напряжение (вольты), помноженное на ток (амперы), даёт мощность (вольт*амперы, ватты), ток на время — заряд (кулоны или ампер*часы, по 3600 кулон каждый), мощность на время или заряд на напряжение — энергию (джоули или ватт*часы, также равные 3.6 килоджоуля, т.к. в часе 60 минут по 60 секунд).

    Что такое зарядное устройство


    Поляризующее воздействие и зарядный ток образуют зарядное воздействие на АКБ, функция которого осуществляется структурой, называемой зарядным устройством (ЗУ), или встраиваемым контроллером заряда, или эксплуатационным контроллером (драйвером).
    Казалось бы, чего проще: приложить напряжение и создать ток. Такое любой источник питания может. Но мы воздействуем на СА — сложную структуру, и для поддержания её полезных функций должны взаимодействовать адекватно, с обратной связью. Иначе воздействие будет разрушать структуру, а её функции деградировать, и это будет нехорошо.

    Проводимость-Структура-Прочность


    Ёмкость, токоотдача, срок службы, надёжность, с которых мы начинали нашу беседу, являются функциями АКБ. Выполнять функции призвана структура. Для токотдачи нужны высокая проводимость активной массы и токоведущих частей конструкции, причём эта проводимость должна быть сбалансирована для равномерного распределения токов и мощностей, а также контакт АМ с электролитом, позволяющий отдавать максимум полезной ёмкости при заданном токе. Потому активной массе необходима развитая поверхность, достигаемая разными конструкциями электродов. Конечно же, эта развитая структура должна быть механически прочной и долговечной при эксплуатации, то есть, приёме, хранении и отдаче аккумулятором энергии.

    Формовка


    Формовкой называется процесс и результат (состояние) подготовки электродов к приёму зарядного и отдаче разрядного тока, соответственно с накоплением и возвращением полезной энергии. Так как накопление и отдача энергии связаны с физико-химическими превращениями активной массы, напрашивается очевидный вывод, что формовка вторичного ХИТ, в отличие от первичного, происходит не единовременно при его производстве и вводе в эксплуатацию, а при каждом заряде.

    Сульфаты свинца


    Как уже упрощённо говорилось, сульфат свинца — диэлектрик, то есть, имеет высокое удельное сопротивление и низкую электропроводность. При саморазряде и полезном разряде он образуется на поверхности активной массы, изолируя её участки и электрически, и механически, препятствуя доступу к ней электролита. Таким образом он вредит упомянутым критериям проводимости и структуры СА, снижая и полезную ёмкость (энергию), и способность принимать и отдавать ток (мощность).

    Найти общий язык с заклятым другом АКБ сульфатом представляется возможность двумя известными способами. Во-первых, снять его с активной массы возможно путём перенапряжения, или даже электрического пробоя. Последним занимаются энтузиасты экстремальной десульфатации, и эта тема, как и сомнительные, по мнению многих коллег, способы грубого разрушения сульфатной корки сверхтоками, а также химической промывки, выходят за рамки нашей беседы.

    Напряжение зарядного воздействия: выше — лучше?


    Пока просто отметим, что развивать повышенное напряжение между пластинами СА при заряде (обслуживании) весьма полезно для разрушения сульфата, причём при этом, (если избежать нежелательных побочных эффектов, о них ниже), он не выпадает в осадок (шлам), но возвращает свой, грубо говоря, сульфат-ион в серную кислоту электролита, а свинец, в виде металла или оксида, пластинам, то есть, совершается полезный заряд.

    Зарядный ток: больше — лучше??


    Во-вторых, оксиды свинца на положительной пластине могут образовываться при заряде АКБ в разных модификациях, из которых известны и важны для нас две, называемые альфа и бета. Альфа-оксид имеет меньшую удельную поверхность, а также изоморфную с сульфатом кристаллическую решётку, что при разряде ведёт к образованию плотного слоя сульфата. Всё это минусы для структуры и проводимости, по сравнению с бета-оксидом. Правда, альфа-модификация механически более прочна, но практика показывает это несущественным.

    Итак, желательно заряжать СА таким образом, чтобы способствовать преимущественному формированию бета-оксида свинца, с более развитой поверхностью и отсутствием склонности обрастать плотным слоем сульфата. А способствует этому более высокая плотность зарядного тока.

    Отметим: зарядные устройства, значительно снижающие ток к концу заряда, (а таковых большинство), и тем более «подзарядники», компенсирующие саморазряд малым током, формируют альфа-оксид, снижая эксплуатационные характеристики батареи.

    Электролит и электролиз


    Но мы пока начали разбираться только с пластинами, упомянув о важнейшей составляющей СА, — электролите, — лишь вскользь. Электролит свинцового аккумулятора представляет собой раствор серной кислоты в дистиллированной воде, причём и кислота, и вода, как мы видели в уравнении двойной сульфатации, расходуются и образуются при заряде и разряде. Согласитесь, эта простая уравновешенная система вызывает восхищение. Но только пока она уравновешена.

    Если разность потенциалов между пластинами достигнет так называемого водородного перенапряжения, в банке, т.е. ячейке АКБ, начнётся процесс электролиза воды, её разложения на кислород и водород. Этот нехитрый и почти экологически чистый процесс для СА, мягко говоря, вреден крайне и многогранно. Рассмотрим, почему.

    Во-первых, это потеря воды, которую в обслуживаемые наливные аккумуляторы приходится доливать, а в так называемые необслуживаемые (maintenance free, MF), особенно гелевые (с загущённым электролитом) и AGM (с абсорбирующими сепараторами из стекловолокна) это сделать несколько проблематично.

    Разработчики СА прилагают немало усилий для рекомбинации кислорода и водорода обратно в воду и её возвращения в электролит. Эта функция возложена на структуры в виде клапанов в герметичных, точнее, герметизированных клапанами VRLA, загущение электролита силикагелем в GEL батареях, впитывающие стекломаты AGM, а также специальные пробки-рекуператоры, характерные для стационарных решений. Способность возвращать воду у всех этих решений, кроме, пожалуй, громоздких и недешёвых спецпробок, сильно ограничена, и избыточное давление газов, если оно образовалось, просто стравливается в атмосферу.

    Во-вторых, что это за газы? Кислород, в присутствии серной кислоты агрессивно и с выделением теплоты разъедающий свинец, причём не только отрицательных пластин, но и несущих и токоведущих элементов конструкции, и водород, экологичный, но в смеси с кислородом воздуха крайне пожаровзрывоопасный. А при потере воды, к пластинам открывается доступ ещё и атмосферного кислорода.

    Если газовыделение из АКБ идёт полным ходом, («кипение» электролита), экологичным данный процесс уже не назвать, так как происходит разбрызгивание и распыление капель серной кислоты, да не чистой, а с пылинками шлама, содержащими, как легко догадаться, соединения свинца, сурьмы и других материалов, употребляемых в качестве присадок при производстве СА.

    Как деды аккумуляторы кипятили


    «Кипение» перемешивает электролит и разрушает, в частности, слой сульфата на поверхности электродов. Потому в старые дикие времена оно было нормой эксплуатации АКБ. Изношенный верхний слой активной массы отрывался пузырьками газов и оседал в шлам, для которого внизу банок было предусмотрено место, обнажались для работы свежие слои.

    Критерии долговечности, экономичности и экологичности при этом страдали, зато аккумуляторы отрабатывали нормированные для них по тем временам характеристики, будучи заряжаемыми и обслуживаемыми простыми средствами. Трансформатор с диодами, хорошо, если есть амперметр и реостат или переключатель обмоток, ареометр с грушей, трубка-уровнемер, воронка да две бутыли, с раствором кислоты и дистиллированной водой, — вот и весь дедовский инструментарий. Вольтметр, нагрузочная вилка — уже роскошь. А в аккумуляторных мастерских батареи разбирали, из исправных пластин сваривали блоки, и собирали вновь.

    Плотность электролита: чем выше, тем лучше???


    Раз уж упомянули ареометр, или денсиметр, (один или несколько калиброванных поплавков, простейший из них — индикаторный глазок в некоторых АКБ), самое время поговорить о плотности электролита, состоящего, не забываем, из аккумуляторной кислоты и воды. Серная кислота тяжелее воды, потому плотность их смеси тем выше, чем больше её концентрация.

    Согласно уже знакомому нам упрощённому уравнению Гладстона и Трайба, по концентрации кислоты, т.е. плотности электролита, можно судить о степени заряженности аккумулятора. Но это не исчерпывающий критерий, ведь потери и доливки воды и кислоты точно так же влияют на плотность, как и процессы заряда-разряда.

    Существует формула, связывающая напряжение разомкнутой цепи (НРЦ), оно же электродвижущая сила (ЭДС) без нагрузки, с соотношением количества кислоты и воды в электролите, а также температурой. Формула эта тоже упрощённая, так как не учитывает других свойств СА, части которых мы коснёмся ниже. И приводить её здесь не будем, она есть в книгах, а нашу беседу только перегрузит.

    Чем выше концентрация кислоты, а следовательно, ЭДС, тем большую полезную работу способен произвести каждый кулон и ватт-час, отдаваемый батареей, то есть, растёт энергоёмкость. Также, избыток кислоты в электролите повышает его стойкость к замерзанию, потому в автомобилях на зиму принято устанавливать повышенные плотность электролита и напряжение заряда.

    При понижении температуры полезная ёмкость АКБ снижается, при повышении — растёт. Это учитывается при зимних пусках двигателя и серьёзно ограничивает эксплуатацию транспортных средств со свинцовыми тяговыми батареями в холодное время года, ведь в автомобиле с ДВС, как только он заведён, начинает работать генератор, компенсируя разряд, а тяговой АКБ придётся отдавать ток на протяжении всего пути.

    Тяговый и буферный режимы


    Коль заговорили, продолжим. Режимы работы АКБ подразделяются на тяговый, или циклический (cycle use), когда происходит разряд значительной части ёмкости средним (относительно последней) по величине током, после чего следует заряд, и буферный (standby), когда разряды относительно редки, (резервные батареи бесперебойного питания), и производится тем или иным образом компенсация саморазряда.

    К буферному можно отнести и стартерный режим, когда за кратковременным неглубоким разрядом высоким током следует заряд в течение всей поездки автомобиля или мотоцикла. Близок к стартерному режим 15-минутного разряда резервных аккумуляторов компактных источников бесперебойного питания, служащих для безопасного завершения работы с сохранением данных, в отличие от тягового режима АКБ в мощных фонарях и ИБП для поддержания автоматики, связи, медицинского оборудования и др. в течение нескольких часов.

    Характерный отличительный признак АКБ, специально предназначенных для 15-минутного разряда, — обозначение мощности в ваттах, отдаваемой одной банкой в этом режиме, маркировкой на корпусе и даже в артикуле батареи. Например, HR12-34W означает, что маленькая батарея «7-амперного» форм-фактора способна отдавать 6*34 = 204 ватта в течение четверти часа! На первый взгляд, это «всего-навсего» 4,25 ампер*часа, но знающих разрядные кривые СА и их природу такая характеристика порадует основательно, и весьма.

    Накопители энергии в ветряной, и особенно солнечной энергетике, работают в тяговом, циклическом режиме. Когда энергия поступает, надо её по максимуму усвоить, чтобы затем отдавать, пока солнечные батареи и ветрогенераторы не дают ток. Габариты и масса стационарных накопителей, в отличие от транспортных, не критичны, потому стараются обеспечить по возможности избыточную их ёмкость и неглубокие циклы. Ведь чем глубже разряд, тем выше износ АКБ.

    Вред перезаряда и повышенной концентрации кислоты


    Если при повышенных температуре, ЭДС и концентрации кислоты аккумулятор выдаёт больше энергии и мощности, почему же его берегут, (должны, по крайней мере), от перегрева, и при наступлении тепла вручную или автоматически корректируют напряжение генератора и плотность электролита вниз?

    Дело в том, что повышенная химическая активность кислоты в избыточной концентрации действует на активную массу, несущие и токоведущие части СА разрушительно. Способствует этому и высокая температура. Повышаются саморазряд, сульфатация, коррозия, могущие происходить с выделением тепла и газов.

    Тот же самый эффект случается при избыточных напряжении, токе, мощности, энергии зарядного воздействия. Все те лишние кулоны, киловатт-часы и рубли на оплату последних, что не усваиваются активной массой, идут на электролиз воды, нагрев и разрушение батареи, причём в любом случае, хотя и с разной скоростью.

    Маленький ток «подзарядника» будет подтачивать вашу АКБ исподтишка, вы даже не заметите нагрева и газовыделения, настолько слабого, что с ним, возможно, справится штатная рекомбинация. Но формовка активной массы из свинца тоководов и несущих конструкций происходить будет. И в результате, — нет, полезная ёмкость не возрастёт, зато рассыпется внутренняя структура.

    Снимали когда-нибудь крышки и колпачки клапанов с отказавшей АКБ компьютерного ИБП? Видели, во что превратились токоведущие шины? Это оно самое.

    Немного техники безопасности


    Серная кислота едкая, водород взрывоопасен. Это надо иметь в виду при эксплуатации СА. Но самую большую опасность представляет активная масса, как «настоящая», так и «паразитная», наработанная коррозией держателей и тоководов. АМ обладает развитой поверхностью и по праву зовётся активной. Даже небольшая её крупица является системным ядом и нейротоксином, способным вызывать увечья (свинцовые параличи), потому категорически запрещается прикасаться к внутренностям АКБ голыми руками, допускать попадания на кожу, слизистые оболочки, внутрь. При попадании немедленно смыть большим количеством воды.

    Теперь знаем об аккумуляторах всё?


    Итак, слишком низкие и слишком высокие напряжения, токи, концентрации электролита, температуры для АКБ вредны. Это значит, что для циклического, буферного, стартерного и т.д. режимов работы можно определить оптимальные напряжения, токи, формализованные законы термокомпенсации, реализовать их в зарядном устройстве, реле-регуляторе, контроллере заряда, и мы тем самым повысим ёмкость, токотдачу, срок службы?

    Да, значит. Но опять упрощённо. Данные о термокомпенсированных параметрах заряда производители размещают в справочных листках и на корпусах АКБ. Их соблюдение в эксплуатационных контроллерах значительно улучшает практику применения СА, но не является идеалом. Можно, и нужно совершенствоваться дальше.

    Взглянем на целостную картину


    Подытожим изученное. СА представляет собой два блока пластин с активной массой, имеющей развитую поверхность. Пластины окружены электролитом, — водным раствором серной кислоты, — путём погружения в жидкий раствор, разделения пропитанных последним сепараторами из стекловолокна, или помещения в желеобразный, загущённый силикагелем электролит.

    Заряженная ПАМ образована оксидом свинца, ОАМ — свинцом. При разряде та и другая превращаются в диэлектрический и труднорастворимый сульфат свинца с затратой серной кислоты и образованием воды, при заряде — наоборот, с затратой воды и образованием кислоты. Свинец электродов, его оксид и сульфат не переходят в раствор, (по упрощённой теории; на самом деле образуют ионы, которые должны тут же осаждаться в АМ), зато из раствора берутся, и возвращаются ему ионы, а именно гидросульфат-ион и протон (ядро атома водорода).

    И вот здесь начинается самое интересное. Ионы для токообразующих реакций должны поступать из электролита в активную массу, активность которой, как помним, обеспечивается структурой с развитой поверхностью, т.е. губкой. AGM-сепаратор — ещё одна впитывающая губка, служащая многим целям, в частности, повышению рекомбинации воды, а гель — вязкая субстанция, перемещения вещества в которой затруднены.

    Итак, мы имеем смачивание и капиллярный эффект, как минимум, в двух губках АМ, к которому может добавляться влияние сепаратора и геля. В результате, движения вещества в банке аккумулятора замедлены, и для осуществления заряда и разряда, особенно глубинных слоёв АМ, требуется время, причём разное, зависящее от текущего состояния активной массы и электролита.

    И это состояние отнюдь не исчерпывается НРЦ, плотностью и температурой! При работе СА электролит расслаивается, различные ионы движутся в электрическом поле с разной скоростью (электроосмос), встречают преграды структуры, а серная кислота ещё и тяжелее воды, за счёт чего стремится под действием силы тяжести опуститься вниз, вытеснив воду вверх!!! В случае геля и AGM этому мешает структура, а вот наливные АКБ страдают гравитационным градиентом плотности электролита в полной мере.

    Где в розетке плюс и минус?


    Итак, существует ли такое значение тока или напряжения, которое, будучи рассчитанным исходя из НРЦ, плотности электролита, (плотности где?! она неравномерна!), температуры, и приложенным к клеммам СА, обеспечит полный заряд, компенсацию саморазряда и десульфатацию, при этом избежав и медленно убийственного сульфатирующего недозаряда, и электролиза воды, и коррозии структуры?!

    Нет, НРЦ, (хоть даже с таблицей замеров ЭДС под разными нагрузками), температура, (которая тоже очень даже бывает неравномерной в массивной неоднородной АКБ), и плотность электролита, хоть «средняя по больнице», хоть измеренная сверху банки или у дна, или обе разом, в статической совокупности не дают исчерпывающих данных о кинетике, динамике химических реакций в банке СА и всей батарее.

    Они пригодятся для оценки состояния аккумулятора и принятия решения о его дальнейшем обслуживании, но оптимальных значений тока и напряжения, чтобы выставить на регуляторах зарядного устройства, не дадут. Потому что эти значения меняются в ходе взаимодействующих процессов, происходящих с разными скоростями!

    Зато динамика изменения тока и напряжения может рассказать о ходе токообразующих реакций всё. Точнее, всё нужное для управления зарядным током и поляризующим воздействием. Если, конечно, уметь обрабатывать эти данные в реальном времени, (то есть, с нормированными задержками). Для этого и понадобится микроэлектроника, и скорее всего, даже вычислительная машина. К счастью, она бывает, как помним, размером с тетрадную клетку.

    Вопрос о том, какое именно электрическое воздействие является потребностью АКБ в данный момент, сродни вопросу, где плюс и минус в розетке. Человек на него ответить не может: пока будет говорить, плюс и минус сменят друг друга 50 раз в секунду. Но для электронного прибора такое быстродействие пара пустяков. И мы можем точно определить фазы напряжения и тока, с нужной привязкой ко времени. Конечно, в СА мы увидим нечто посложней синусоид, сдвинутых друг относительно друга. И увидим уже скоро.

    Повторенье — мать ученья. Это упрощёная формулировка третьего закона диалектики, частичного возврата к старому на новом уровне, и мы ею снова воспользуемся.

    Имеем две губки активных масс, между которых жидкость, гель или ещё одна губка. Нам нужно, чтобы необходимые ионы для токообразующих реакций достигли каждого слоя губок, причём эти слои частично закупорены сульфатами, требующими перенапряжения для диссоциации, и без этого перенапряжения мы потеряем и ёмкость, и токоотдачу, и долговечность, вследствие хронического недозаряда, ведущего к прогрессирующей сульфатации.

    Однако перенапряжение чревато перезарядом с электролизом и коррозией. Как общепринятый в седой древности дозаряд «кипячением» с терморазгоном и полезным, но слишком дорогой ценой, перемешиванием электролита, так и сменившее его снижение тока в конце заряда, смягчающее, но не исключающее вредные побочные явления, и вдобавок ведущее к замазыванию ПАМ орторомбическим оксидом свинца, нельзя считать решениями, адекватными в полной мере.

    Чем заряжается аккумулятор?


    И наконец, после первого знакомства с химией и физикой СА, настаёт время посмотреть на его электрические характеристики, а именно, отклик ХИТ на зарядное воздействие. Только сначала повторим характеристики самого этого воздействия: напряжение, ток, время, заряд, мощность, энергия.

    Так как ХИТ имеет электродвижущую силу, то есть создаёт (сам устанавливает) разность потенциалов, естественно предположить, что зарядное воздействие осуществляется током. Действительно, при приложении тока от зарядного источника к клеммам СА, напряжение на последнем начинает расти, (предполагаем, что источник способен развить нужную ЭДС, на то он и зарядный), что и является критерием оценки хода заряда.

    В начале пропускания тока, разность потенциалов клемм резко подскакивает на величину падения этого тока на внутреннем сопротивлении СА или батареи. По высоте получающейся ступеньки, зная силу тока, можно вычислить внутреннее сопротивление, что очевидно, и используется в экспресс-тестах. На этом «просто вольтамперная характеристика» заканчивается, и начинается сложный процесс изменения напряжения во времени. Силу тока будем считать постоянной, стабилизированной средствами источника.

    Дальше на ленте самописца, экране осциллографа с медленной развёрткой или диаграмме с логгера мы увидим суперпозицию (наложение) нескольких откликов на зарядное воздействие, главных из которых два. Очень медленная экспонента собственно полезного заряда АМ, состоящая из суперпозиции разных слоёв, и ещё одна экспонента, гораздо более быстрая, напоминающая заряд конденсатора.

    Два подхода к двойному слою


    Это и есть конденсатор, точнее, ионистор, иногда называемый паразитным, а чаще ёмкостью двойного электрического слоя. Ёмкость эта сложна, так как в её образовании участвует расслоение электролита, нами уже упоминавшееся. Но для первого приближения к пониманию перспективных путей оптимизации эксплуатационного взаимодействия с СА, достаточно просто уяснить факт её существования.

    Зарядное воздействие вызывает поляризацию двойного слоя, и отношение к этому у разных теоретиков и практиков разное. Одни считают паразитный ионистор вредным явлением, препятствующим максимально эффективному, с точки зрения скорости, заряду АКБ, и предлагают осуществлять в паузах между импульсами заряда деполяризующее воздействие в виде разрядного импульса.

    Воздействие асимметричным (переменным с постоянной составляющей) током, или с применением разрядной нагрузки, включаемой только в паузах или подключенной постоянно, используется для заряда и восстановления свинцово-кислотных батарей уже давно.

    При заряде никелевых аккумуляторов асимметричное воздействие настоятельно рекомендуется, а для экспериментального восстановления марганцево-цинковых элементов обязательно необходимо, так как препятствует росту дендритов, характерному для этих ХИТ, и вызывающего их аварийные отказы вследствие короткого замыкания.

    Для СА активная деполяризация может обрести смысл в свете актуализации исследования полупроводниковых свойств сульфатированных пластин в поисках новых способов десульфатации и подведения теоретической базы под уже известные в течение многих лет. С другой стороны, разрядное воздействие снижает КПД заряда, а ускорение последнего таким способом может снижать срок службы АКБ, потому применимость подобных методов следует признать ограниченной.

    Для восстановительного обслуживания и экспресс-заряда при нормированном износе использование принудительной деполяризации двойного слоя может быть одобрено, но не для профилактики и повседневного заряда с приоритетами энергоэффективности и продления жизни АКБ.

    Волшебный ионистор


    Что произойдёт с ионистором двойного слоя, если просто снять с аккумулятора внешнее зарядно-поляризующее воздействие, разорвав цепь, например, транзисторным ключом? — Он деполяризуется (релаксирует), разряжаясь и отдавая накопленные заряд и энергию активной массе, то есть, совершая полезный заряд СА!

    Более того, поляризация двойного слоя зарядными импульсами с последующей релаксационной паузой позволяет создать десульфатирующее перенапряжение, и если импульсы достаточно коротки, газообразование при этом не успеет начаться! Те кислород и водород, что выделились за период перенапряжения, успеют рекомбинировать и вернуться в электролит, вместо участия во вредных и опасных явлениях.

    Это и есть принцип релаксационного, импульсного или прерывистого заряда, разрешающий целый клубок диалектических противоречий, например, необходимости и недопустимости перенапряжения. То же и с плотностью тока: амплитуду зарядного импульса можно (и нужно) установить равной двойному току 20-часового разряда, или даже выше, если есть уверенность в алгоритме контроллера.

    Закон сохранения энергии?


    Здесь вдумчивого читателя одолеют сомнения. Двойной ток 20-часового разряда — это 0.1C20, тот самый ток, что рекомендован для заряда СА в непрерывном режиме, и заряжает полностью разряженную АКБ за 10-12 часов.

    Прерывистый заряд предполагает между импульсами тока паузы для усвоения заряда активной массой, поступления ионов в её глубину, выравнивания в ней плотности электролита. Сколько же тогда ждать завершения заряда? Ведь средний ток, совокупные заряд и энергия, сообщённые аккумулятору зарядным устройством, за, например, час, при прерывании паузами окажутся ниже, чем в случае «нормальной» непрерывной подачи тока той же силы!

    Продвинутое релаксационное ЗУ зарядит полностью разряженную исправную АКБ током 0.1С20 за 8-12 часов, в зависимости от её состояния. То есть, даже быстрее, чем если бы ток не прерывался. Как такое возможно, и можно ли этому верить?

    Дело всё в том, что при классической CC (constant current) зарядке «лишняя» энергия, которую не успевает усвоить активная масса, идёт в нагрев АКБ, электролиз воды, коррозию структуры. А умное ЗУ эти лишние кулоны и джоули просто не подаёт, ожидая готовности ХИТ принять новую порцию заряда, либо снижая параметры модулированного воздействия.

    Это не означает КПД 100 «и более» процентов, абсолютного пресечения газообразования и нагрева, гарантии быстрого заряда при любом состоянии батареи. Изношенные, сульфатированные, предаварийные и аварийные АКБ могут немного нагреваться и шуршать пузырями при восстановлении, которое может продлиться долго или очень долго, если с одной или несколькими банками всё совсем плохо. Что совсем не означает лишних затрат времени и денег: ЗУ ведь автоматическое, и электроэнергией распоряжается добросовестно, экономно.

    Зато на порядки повышается вероятность успешного восстановления аккумулятора, который в противном случае однозначно пошёл бы в утиль, создавая нагрузку на экологию и экономику, т.е. ваше здоровье и кошелёк, (а ещё точнее, ресурсы свободы плодотворной счастливой жизни). А если беречь АКБ смолоду, получим и повышение, по сравнению с традиционной практикой заряда, её эксплуатационных характеристик, (также являющихся упомянутыми ресурсами).

    Так как же реализовать этот импульсный заряд?


    На сегодняшний день существует множество способов осуществления импульсного или модулированного зарядного воздействия, управления им с помощью различных обратных связей, устройств для их реализации. Актуальность высока и растёт, идёт постоянное совершенствование, текущими и прекрасными результатами которого можно пользоваться уже сейчас.

    Выше мы упомянули о суперпозиции нескольких, (опять упрощённо, число на самом деле не целое), электрических сигнатур в сигнале напряжения с клемм аккумулятора при подаче зарядного импульса. Сигнал в паузе также образован наложением сигнатур токообразующих реакций и побочных явлений в банке СА. А таких банок в самой распространённой 12-вольтовой АКБ целых 6, соединённых последовательно, и подключиться к перемычкам между ними чаще всего невозможно или неудобно.

    Добавим к этому наводки помех, прежде всего, из электросети и самого источника питания ЗУ, и мы поймём, что задача аналоговой и цифровой обработки электрического сигнала с клемм АКБ для определения амплитудных и временны́х параметров оптимального зарядного воздействия нетривиальна. Надо знать, что именно искать, и суметь научить этому автомат.

    Можно просто приобрести современное зарядно-восстановительное устройство, но даже в этом случае желательно иметь представление о сути его работы, без которого трудно выбрать наиболее подходящий для себя инструмент и пользоваться им по максимуму. А можно поставить собственные эксперименты, на радость и пользу себе и окружающему миру. В любом случае не помешает составить краткую классификацию зарядных методов и устройств.

    CC/CV


    Constant current, constant voltage — стабилизация или ограничение тока и/или напряжения на заданных уровнях. Может дополняться термокомпенсацией, а также реализацией многоступенчатого заряда, с переключением критериев стабилизации по достижении некоторых условий, таких как: напряжение или ток на клеммах, время с начала заряда, сообщённые АКБ количество электричества или энергия, а в эксплуатационных контроллерах учитывать и предшествовавший разряд АКБ.

    Усложнение логики работы таких устройств может (должно) давать лучшие, по сравнению с простой зарядкой от стабилизированного или нестабилизированного блока питания, однако не разрешает в полной мере упомянутых выше диалектических противоречий, не учитывает тонкостей кинетики и не даёт гарантии адекватности зарядного воздействия текущим потребностям АКБ, то есть способности принимать полезный заряд, не говоря уже о десульфатации.

    Качели


    Если добавить к CC/CV ЗУ критерии окончания и возобновления заряда, например, по напряжению на клеммах, получится один из простейших способов и приборов прерывистого заряда, называемый «качелями», «двухпороговым компаратором» или «компаратором с гистерезисом», в честь основных управляющих элементов. По достижении, например, 14.22 вольта, ЗУ отключает заряд, а при падении НРЦ до, например, 13.1В, возобновляет. Получается релаксационный генератор.

    Так должны достигаться и неснижение зарядного тока в конце, компенсация саморазряда при хранении, и оптимизирующий дозаряд глубинных слоёв АМ («добивка ёмкости»), и десульфатирующее перенапряжение, причём со значительным снижением (предотвращением) нагрева, газовыделения и коррозии.

    Периодичность качелей может быть от секунд до часов и более, и они нуждаются в ручной или автоматизированной, например, запоминанием достигнутых данной АКБ уровней, подстройке, а также и термокомпенсации. Без чуткого контроля компетентным человеком, (который вынужден следить за процессом), или цифровой обработки электрических сигнатур происходящих в СА процессов, опираясь на одно лишь напряжение или ток, простые качели зачастую не дают того эффекта, который могли бы при лучшем управлении.

    Неподходящие для данной конкретной АКБ настройки прерывистого и/или модулированного (см. ниже) заряда могут не замедлить или обратить вспять, а напротив, ускорить, усугубить её деградацию, например, короткое замыкание (КЗ) отдельных банок.

    Моргалка


    Одной из проблем качелей является слишком быстрое достижение или слишком долгое, (вплоть до бесконечности), ожидание неверно установленного, или переставшего быть верным в ходе процессов, порога, что может вести как к затягиванию обслуживания и недозаряду, так и перезаряду, со всеми вытекающими. Вариант решения этой проблемы — отведение для импульса и паузы определённого времени.

    Простейшие устройства прерывистого заряда вообще имеют только таймер (мультивибратор, прерыватель) включения и отключения зарядного тока, и носят название мигалок или моргалок, хотя моргалкой иногда называют любое импульсное ЗУ, в том числе реализующее сложный алгоритм при помощи микроконтроллера.

    Использование автомобильного реле поворотов для подачи зарядного воздействия импульсами известно давно, и многим помогло осуществить восстановительный предзаряд аварийно разряженных и сильно засульфатированных АКБ. Это и были первые моргалки.

    Модуляция


    А вот устройствами модулированного заряда, как ни странно, являются и дедовский выпрямитель, и автомобильный или мотоциклетный генератор, опять же с выпрямителем, дающим несглаженный пульсирующий ток. Чем же прерывистый заряд отличается от модулированного? — Терминологическим критерием. Там, где частоты ниже нескольких герц, говорят о прерывистом заряде, выше — модулированном. Тот и другой относят к импульсным, пульсирующим.

    Одно не исключает другого, и в циклах с периодом единицы-сотни секунд импульс зарядного воздействия может представлять собой пачку импульсов более высокой частоты. Это может создавать как дополнительные возможности для дозаряда глубинных слоёв, выравнивания концентрации реактивов и десульфатации, так и сложности, связанные, например, с электромагнитными помехами, влиянием проводов и разъёмов, побочные явления, которые ещё предстоит исследовать и научиться применять или предотвращать. Разные авторы пишут о разных частотах, принимая во внимание кинетику разных процессов, составляющих заряд АМ или влияние на него.

    Уже дедовский выпрямитель и генератор авто создают возможности для релаксационных явлений в СА, улучшающих его характеристики в сравнении с насильственной подачей стабилизированного сглаженного тока или, того хуже, удержанием сглаженного напряжения, (причина, по которой в недалёком прошлом некоторые пришли к выводу о непригодности импульсных источников питания, не путать с импульсными ЗУ, для заряда АКБ).

    Выводы и перспективы


    Исследование реактивных характеристик СА и их откликов на всё совершенствующиеся методы воздействий продолжает открывать перед нами всё расширяющийся и углубляющийся спектр релаксационных, квазирезонансных, резонансных и волновых явлений. Всё это просто захватывающе интересно и приносит полезные плоды.

    Сегодня является актуальным, к примеру, изучение явления задержки распространения электричества в свинцовом аккумуляторе, ведущего к часто наблюдаемому многими усиленному износу крайних (электрически) банок и батарей, причём это нельзя списать на одну лишь неравномерность температуры. Пора вырабатывать методы и устройства для обслуживания СА с АМ, легированной углеродными нанотрубками, а также исследовать возможности создания на её основе компактных «сухих» аккумуляторов для лёгких мобильных применений.

    В краткой беседе мы так и не коснулись разрядных характеристик, а ведь режимом разряда можно тоже управлять. Предстоит в скором времени испытать возможности рекуперативного торможения с возвратом энергии в тяговую свинцовую батарею, изучить, насколько значительную мощность при продвинутом управлении процессом она способна принять без вреда для себя, а также проверить гипотезу о том, что импульсы зарядного воздействия могут позволить использовать больше полезной ёмкости, скомпенсировав известный эффект снижения последней при повышении тока разряда.



    Свинец и серная кислота — наши добрые друзья, если обращаться с ними чутко и добросовестно. Волшебный мир свинцово-кислотных аккумуляторов ждёт своих исследователей, изобретателей и просто всех тех, кому скромные массивные ящички принесут пользу, свободу и радость!
    Поделиться публикацией

    Комментарии 99

      +1
      Спасибо. Теория хороша, читать приятно и поле для обсуждений в наличии, завтра посмотрим. Вернее уже сегодня :)
      Статья ваша? Концовку немного смазали, продолжение очень хочется увидеть.
        0
        Спасибо! Статья моя, продолжения будут!
        +1

        Спасибо за статью! Но я так и не понял сути. Вроде по миру шагает литий, а тут свинец… Теории много, а к чему ее можно применить, непонятно..


        У свинца относительно лития такая низкая плотность заряда, что как вокруг него не пляши — он все равно не взлетит. Или взлетит? Спасибо.

          +3

          При сроке службы в 20 лет, сравнительно простом обслуживании и довольно хорошей устойчивости к сложным условиям работы — литий пока что выглядит несколько взрывоопасным. Не во всех задачах важна ёмкость на грамм.


          Самое страшное, что нашел про взрыв свинцового аккумулятора :)
          https://www.youtube.com/watch?v=nO-cezTMhHQ

            0
            Взрыв водорода из аккумуляторов в сотовой БС habr.com/company/nag/blog/402589
              0

              Как горит тесла на литиевых.
              По взрыву лития тоже много результатов.


              В случае с СА достаточно проветривания.

                0

                Однако никто и никогда не поставит на теслу свинец :)


                Бензин и авиационный керосин, кстати, тоже взрываются, но автомобили и самолеты продолжают их использовать, потому что других вариантов нет.


                А уж какую эпопею прошли самолеты, чтобы приструнить керосин! Закончилось тем, что теперь в каждый бак закачивают инертный газ.

                  0
                  Насчёт Теслы я не в курсе, а в Ниссан Leaf и, кажется, у Рено, кислотная батарея стоит. Для надёжности и безопасности, питания управления и других слаботочных цепей. Чтобы не задействовать почём зря мощную высоковольтную тяговую батарею и силовые ключи.
                +1
                По этому взрыву(а таких было 4шт) Я могу рассказать подобней, я эти фото выложил… Компания наг с моего разрешения разместила…
                Там целый ряд факторов привел к взрыву…
                1) не правильно выставленная емкость батарей(подрядчики по умолчанию оставили 400Ач) После-коллеги ездили исправляли на всех БС.
                2) Герметичный отсек аппаратный\батарейный(там теплообменник воздух/воздух стоит в аппаратном отделе и испаритель холодильник в отсеке батарей)
                3) Пережатыи отсоединенные трубки дренажа водорода(после заменили на армированные спиралью)
                4) Когда отключен резистор термокоррекции напряжение заряда становится максимальным 15В. и батарея кипит.
                5) Ускоренный заряд батарей, с последующей отключением/включением контактора батареи который в принципе и вызвал взрыв закрытого объема шкафа…
                  0
                  Получилось по старой и недоброй классике: защиты убрали, «лишние» детали и узлы тоже, автоматику отключили или перенастроили на несрабатывание, затем сделали по-быстрому, а отключили контактором, так ведь «надёжнее».

                  Ничуть не злорадствую. На днях смотрели «Глубоководный горизонт». Зачем менеджеры нефтяной компании свою скважину погубили, за которую огромные деньги заплачены, и прибылей себя лишили, а вместо этого погибли люди, экологическая катастрофа, огромные убытки и разрушение прекрасной буровой платформы? Неужели нельзя было привести всё в порядок по существовавшему регламенту, и наслаждались бы прибылями и отпусками, акции и уважение в гору? Не ловля блох ведь, спешка убивает.
                    0
                    1) Производитель-дельта кстати накасипорила с выпрямителем(пункт 4,5)…
                    2) Кто шкаф придумал(эриксон его только купил под свои задачи и поставил лейбочку) Пункт 2,3 в совокупностью с разгельдяйством…
                    3) Специалисты которые инсталяторы, не настроили токи выпрямителя- отчасти пункт 1- так как 1- нужен спец шнурок, и зачем 400АЧ по умолчанию ставить если выпрямитель предназначен на 2 группы до 120А с выносным батарейным отсеком… А шкаф вмещает только одну группу 120 АЧ максимум(шкаф идет с 100Ач батареями с завода)
              +1
              Свинец при равных объёмах (А*ч) выходит дешевле лития. Кроме того, литий очень плохо переносит охлаждение ниже нуля, поэтому его невозможно нормально использовать, например, в автомобильных аккумуляторах. Свинец тоже не любит низкие температуры, но он легче переносит охлаждение.
                0

                Для лития зарядка ниже нуля решается модулем подогрева.


                Дешевле-дороже в нашем контексте не рассматривается.


                Пожалуй, единственная оставшаяся ниша для свинца — это стартовый аккум для авто. Безопасно, просто, справится любой. Для всего остального — литий.


                Защищенный ноут — литий с подогревом. Тяговые для авто и мотоциклов — литий. Беспилотники — литий. Гаджеты — литий. Даже батареи для резервного электроснабжения — и те на литий переходят, только частные домохозяйства пока остаются со свинцом.

                  0
                  да и стартовые аккумы для автомобилей можно сделать литиевыми. проблема с обогревом (по крайней мере, краткосрочным) решается (точно так же, как решается со свинцовыми при низких температурах)
                  но проблему стоимости отбрасывать нельзя. как и проблему безопасности, и экологичности
                    +1
                    Пожалуй, единственная оставшаяся ниша для свинца — это стартовый аккум для авто. Безопасно, просто, справится любой. Для всего остального — литий.

                    С вами не согласны промышленность и ученые. RWTH Aachen проводит тесты в проекте M5BAT для того, чтобы установить что лучше для электроснабжения. Так как ограничений на вес и объем у энергетики обычно нет.
                      0

                      С вами несогласны проектировщики аккумуляторных электроинструментов, электромобилей, электроскутеров, электровелосипедов, гироскутеров, коптеров, самолетов. А производители стационарных батарей для резервного питания согласны, ога.

                        0
                        Касательно электроскутеров, ещё вопрос, «каких больше», на литии или свинце. DZM — широко известная в не очень узких кругах аббревиатура.
                          0
                          Вы написали, что единственное — стартовый аккум и частные домохозяйства. Но промышленность не очень спешит переходить на литий просто так, как и энергетика. У свинцовых аккумуляторов есть плюс (если не гелевые или АГМ) — они не подвержены терморазгону, а значит и безопасность выше.
                          Тоже касается домашнего использования. Еще есть целая отрасль погрузчиков и транспортных средств на предприятиях. Там аккумуляторы выполняют роль противовеса, литий слишком легкий, а возить с собой чугун не все хотят.

                          Литий хорош только там, где вопрос уменьшения веса важен, в остальном есть альтернативы.
                            0
                            В основном с тезисами согласен, но…
                            AGM, на сколько я знаю, в своей основе не отличается от обычных с жидким электролитом. Электролит тоже жидкий, просто за счет поверхностного натяжения в стеклотканевом сепараторе не вытекает из пространства между пластинами.
                            Минус для применения в качестве тягового — нет простого способа проверить плотность электролита, минус для стационарных батарей — не видно пластин и их состояния визуально. Терморазгон AGM не встречал в реальной жизни ни разу. Для терморазгона AGM требуется или напряжение заряда под 3 вольта на элемент, или запредельных величин переменная составляющая в зарядном напряжении, при высокой температуре окружающей среды. Но в этих условиях и в обычных открытых банках терморазгон пойдет, просто начнется чуть позже. Зато в таких условиях открытые банки будут выделять столько водорода и кислорода в атмосферу, что никакого терморазгона не надо — бабахнет и так.
                            У гелевых проблема, опять же, не в терморазгоне, а в том, что при высоких разрядных токах задолго до терморазгона можно получить в геле большие пузыри гремучего газа под давлением, что гораздо круче терморазгона.
                            (вообще, почитав еще раз интернеты на тему, сейчас идет волна популяризации терморазгона в AGM в рамках обиженного «ну и что, что в литии терморазгон, в вашем хваленом AGM тоже бывает!»)
                              0
                              Терморазгон AGM не встречал в реальной жизни ни разу.

                              Так и терморазгон литиевых ячеек редкость, но это главный недостаток технологии по сравнению с обычными свинцовыми аккумуляторами. Преимущества перевешивают.
                              Зато в таких условиях открытые банки будут выделять столько водорода и кислорода в атмосферу, что никакого терморазгона не надо — бабахнет и так.

                              Терморазгон — это бахает до выделения. Обычный аккумулятор чаще просто выкипит и так как контакта токопроводящего не будет между пластинами, то и разгона не будет.
                              сейчас идет волна популяризации терморазгона в AGM в рамках обиженного «ну и что, что в литии терморазгон, в вашем хваленом AGM тоже бывает!»

                              У нас это было по лекциям чисто с практической точки зрения для построения систем хранения энергии, на что стоит обращать внимание, а чем можно пренебречь.
                                0
                                Ещё имеют место терминологические разночтения. Энтузиасты свинцово-кислотных инноваций называют терморазгоном состояние перехода в кипение и само кипение, когда ток и мощность идут преимущественно не в полезный заряд, а в нагрев и электролиз воды. Это значит не что АКБ расплавится, взорвётся, загорится, но что энергия тратится бесполезно и во вред.
                                  0
                                  Энтузиасты свинцово-кислотных инноваций называют терморазгоном состояние перехода в кипение и само кипение, когда ток и мощность идут преимущественно не в полезный заряд, а в нагрев и электролиз воды.

                                  Термический разгон — это самоподдерживающаяся реакция с разогревом аккумулятора, когда уже осуществлен переход за точку невозврата. В случае обычного свинцового аккумулятора, без стекла или геля, такой точки просто нет.
                                  0
                                  Терморазгон — это бахает до выделения.

                                  Я примерно о том же, но не совсем.
                                  Для терморазгона в «открытой банке» сильно превышенного зарядного напряжения и сильно высокой температуры в помещении может хватить и до «выкипания» всего электролита.
                                  Но даже если «обычный» аккумулятор «просто выкипит» это значит, что помещение наполнено достаточно большим количеством водорода и имеет повышенную концентрацию кислорода. Если по какой-то причине нет или не включилась аварийная вентиляция — бабахнет и без терморазгона. Причем, так, что литий обиженно курит в углу.

                                  на что стоит обращать внимание, а чем можно пренебречь.

                                  Да, но для терморазгона AGM требуется наложение _трех_ аварий! Нормы даже наложение двух аварий считают пренебрежимо редким. А тут нужно три: отказ зарядника, отказ системы мониторинга и отказ системы вентиляции/кондиционирования!
                                  А для терморазгона в литии нужно наложение… да вообще никаких внешних аварий не нужно. Достаточно самого лития, как в B-787 и не будем говорить в каком лопатофоне.
                                    0
                                    наполнено достаточно большим количеством водорода и имеет повышенную концентрацию кислорода.

                                    Это уже не терморазгон.
                                    Да, но для терморазгона AGM требуется наложение _трех_ аварий! Нормы даже наложение двух аварий считают пренебрежимо редким. А тут нужно три: отказ зарядника, отказ системы мониторинга и отказ системы вентиляции/кондиционирования!

                                    Неправильно спроектированный зарядник вполне может соседствовать с плохим проектированием помещения (забыли поставить кондиционер, бывает в крупных проектах, или вроде реального «у нас тут всегда было холодно, климат меняется медленно» на протяжении 40 последних лет). А система мониторинга при отказе зарядника только сообщит нам, что все плохо, можно и не успеть отреагировать.
                                      0
                                      Это уже не терморазгон.

                                      Это еще не терморазгон. Но уже взрыв…

                                      А система мониторинга при отказе зарядника только сообщит нам, что все плохо

                                      На сколько я понял, для начала терморазгона в AGM нужно _долго_ жарить _сильно_ повышенным напряжением при _сильно_ повышенной температуре окружающего воздуха. Это не секунды, как у лития. Это достаточно два раза в день проводить обход помещений, чтобы заметить, что есть проблема.
                                      Я даже не говорю о том, что у большинства выпрямителей выпущенных за последние 20 лет есть защита от перенапряжения. Все, что больше примерно 2.5 В/элемент вызывает отключение выпрямителя. На примерно 2.7 В/элемент у моих любимых выпрямителей происходит мгновенное отключение и сигнализация об аварии. Учитывая, что меньше, чем по 2 в параллель их не используют, вероятность, что все выдали перенапряжение, не отключились по перенапряжению на выходе, и не подали наружу сигнал об аварии — примерно ровно 0.
                                        0
                                        Это еще не терморазгон. Но уже взрыв…

                                        Терморазгон происходит в батарее, потому если что-то снаружи — это уже не терморазгон и при общих выходных данных все-таки другая проблема совсем.
                                        Я даже не говорю о том, что у большинства выпрямителей выпущенных за последние 20 лет есть защита от перенапряжения.

                                        Так элементарный кабель из сшитого полиэтилена для высокого напряжения делают уже лет 30 без изменения, а пробои как бывали, так и бывают. А там по сути то один равномерно нанесенный слой диэлектрика. А здесь несколько сложнее компоненты.
                                        Да, вероятность низкая, но далеко не нулевая. Вы же систему управления батареями не меняете с заменой батарей, а износ есть везде.
                                          0
                                          Там все немного сложнее. Когда были тиристорные выпрямители, то да — пробой тиристора и вот у вас на батарее 220 вольт переменного тока. Сейчас — система включает в себя несколько преобразователей и несколько степеней защиты. Часть из которых чисто схемотехнические и аппаратные, не позволяют высокому напряжению со входа выпрямителя попасть на выход, например, транзисторы и диоды, которые при сгорании превращаются в разрыв цепи, в отличие от тиристоров.
                                          Но есть защита от перенапряжения в современных выпрямителях в основном для того, чтобы когда старый энергетик спросит: «А если вдруг...», чтобы его перебить и сказать: «А вот еще есть такая защита на самый-самый крайний случай».
                                          И да, возможна ситуация, когда более-мене современный выпрямитель (произведенный примерно за последние 30 лет) выдаст на какое-то время на выход высокое напряжение. Но даже если не сработают защиты, сгорающие блоки питания коммутаторов и радиомодулей быстро поднимут на уши службу эксплуатации. За часы до того, как AGM батарея уйдет в терморазгон.

                                          Вы же систему управления батареями не меняете с заменой батарей, а износ есть везде.

                                          Ну у телеком-выпрямителей стандартный срок службы заявлен 20-25 лет. Как правило, меняют их немного раньше. И да, в случае батарей со сроком службы 20 лет, очень часто замена идет одновременно. В бесперебойниках — ситуация похожая. В старых — одна замена батареи конденсаторов, ко второй замене — замена ИБП (т.к. оригинальные конденсаторы начинают стоить дороже нового ИБП). В более новых — одна замена 10-летних батарей. Ко второй замене — замена ИБП. Благо ИБП сейчас заметно подешевели.
                                            0
                                            Но даже если не сработают защиты, сгорающие блоки питания коммутаторов и радиомодулей быстро поднимут на уши службу эксплуатации. За часы до того, как AGM батарея уйдет в терморазгон.

                                            В случае использования этих батарей на базовых станциях в Альпах могут и не успеть доехать.
                                            И да, в случае батарей со сроком службы 20 лет, очень часто замена идет одновременно.

                                            В Германии исходят из 12 лет.
                        0
                        Говорят, что если свинец использовать так же, как литий (с глубиной разряда 80%), то он помрет за десяток-другой циклов. Безопасная глубина циклического разряда, емнип, 20%.
                        Таким образом, чтобы получить ту же эффективную емкость, номинальная емкость свинцовых аккумуляторов должна быть в четыре раза больше.

                        Надеюсь, специалисты поправят, если я что-то напутал.
                          0
                          Для свинца — циклов «полного» разряда — 200-400 в зависимости от того, что производитель заявил как полный разряд и максимально разрешенного тока разряда. Циклов разряда до 80% емкости — обычно больше 1000. Чаще всего встречается цифра 1200. Смертью свинцово-кислотной батареи считается остаточная емкость 80% от номинальной (дальше резко возрастает риск внезапного отказа).
                          Для литий-иона — все очень зависит от химии. Есть новомодный литий-титанат, который дает десятки тысяч циклов, есть литий-железо-фосфат с 1000-2000 циклов в зависимости от производителя. Есть все остальные, у некоторых из которых те же 300-500 циклов, как и у свинца.
                            0
                            Отдача полезной ёмкости сильно зависит от тока разряда, см. разрядные таблицы и графики. Специальные усовершенствования тяговых и специальных резервных АКБ позволяют отбирать больше ёмкости средним и высоким током. Также в конце статьи упомянуты перспективы повышения полезной ёмкости в тяговом режиме электрическим путём.

                            Точно так же и с глубиной разряда, разные СА рассчитываются на разную глубину. Специальные — глубокого цикла — один полюс спектра, стартерные — другой полюс. Неудивительно, что, поставив на мопед старый аккумулятор с легковушки и старый коллекторный двигатель вентилятора отопителя оттуда же, люди разочаровываются.
                          0
                          Старотипный, рассчитанный на отшелушивание деградировавших слоёв АМ в шламоотстойную нишу внизу банки, — не взлетит. AGM, гелевые — прекрасно служат в скутерах, гольфкарах и даже электровелосипедах, (погрузчики и прочие тихоходные машины малой дальности к транспорту не причисляю, это скорее подвижное производственное оборудование, и там тоже свинец).

                          Полным ходом идёт внедрение углеродных нанотрубок в активной массе, показывает прекрасные результаты. Такие аккумуляторы продаются уже сейчас.

                          Литий даёт более высокую плотность энергии, бесспорно. Но и сложностей с ним много. Дешёвые, (при этом дороже свинца), литиевые аккумуляторы недолговечны и опасны, дорогие не всюду можно себе позволить. Добыча и вторичная переработка лития гораздо сложнее.

                          А исправный и адекватно эксплуатируемый СА совершенно экологически чист и очень безопасен. (Если не сорить им). Потому рано списывать свинец со счетов. Более того, его актуальность только растёт.
                            0
                            Надеюсь, свинец успеют проапгрейдить и раскрутить до того, как литий окончательно обезопасится и подешевеет.
                            Вспоминается аналогия с Ni-Mh — к тому моменту, когда появились LSD версии, они уже никому не были нужны. Даже до сих пор Ni-Mh LSD не нашли массового применения, и обыватель скорее купит GP™, чем будет париться и заказывать Eneloop™.
                              0
                              Ну у кого как, у меня прекрасно работают несколько десятков белых Энелупов и с экономили они свою стоимость несколько раз, а 3 комплекта аккумуляторов GP прослужили менее 2х лет и уже в помойке.
                                0
                                Миниатюрные СА для карманных устройств с прекрасными характеристиками выпускались уже, например, в 1990 году, (см. DOI 10.1016/0378-7753(93)90034-X ). А сегодня уже можно купить АКБ с углеродными нанотрубками. Будущее в совершенствовании как самих аккумуляторов, так и способов их эксплуатации.
                                  +1
                                  Ну после появления таких аккумов в Икеа, я думаю их стали чаще покупать.
                                  0
                                  Литий просто дорог, это единственное преимущество свинца. Скажем, в бытовой ИБП можно поставить литий-железную батарею практически 1:1, и он станет вечным (свинец умирает за год-два, просто по причине работы при высоких температурах). Но цена сразу вдвое-втрое выше. Пипл не хавает, предпочитает платить раз в 1-2 года меньшую сумму.
                                +1
                                Может будет схема для десульфизатора?
                                  0
                                  Практике посвятим следующие статьи. А краткие рекомендации для начала исследований могут быть такие. Если сульфатированная АКБ «совсем» не берёт ток, подаём перенапряжение амплитудой до двойного номинального импульсами 0.5-2 секунды, с такой же паузой. Как только АКБ начала брать ток, ограничиваем перенапряжение, например, уровнем окончания заряда в циклическом режиме из данных производителя, (14.4-15В). А перед началом всего, конечно же, проверяем электролит.

                                  Теория и практика показывают влияние формы зарядно-десульфатирующего импульса на эффективность процесса. У здорового СА оптимальную форму помогает создать ёмкость двойного слоя, а в помощь больному бывает полезно подсоединить параллельно клеммам АКБ резистор и/или конденсатор. Либо, если есть возможность, создавать нужную огибающую при помощи ШИМ.

                                  Накопителем энергии для импульса могут служить ёмкость или индуктивность, соответственно с ключом-прерывателем после ёмкости или перед индуктивностью.

                                  Поле очень интересное и обширное. Хочется, чтобы энтузиасты преимущественно не копировали существующие решения, а изобретали и испытывали свои, (и аппаратные, и программные), тогда взаимообогащение сообщества пользователей АКБ получается наиболее полным.
                                  +1
                                  Двойной ток 20-часового разряда — это 0.1C20, тот самый ток, что рекомендован для заряда СА в непрерывном режиме, и заряжает полностью разряженную АКБ за 10-12 часов.

                                  А по человечески, как принято в отрасли, назвать этот ток просто 0,1С нельзя было?
                                  Итак, желательно заряжать СА таким образом, чтобы способствовать преимущественному формированию бета-оксида свинца, с более развитой поверхностью и отсутствием склонности обрастать плотным слоем сульфата. А способствует этому более высокая плотность зарядного тока

                                  Что совершенно неправильно. Для разрушения сульфата необходим малый ток длительное время, а не большой ток, что было подтверждено ISEA RWTH Aachen на основании работ по восстановлению аккумуляторов. При малом токе происходит постепенное разложение сульфатов назад в нормальное состояние для работы.

                                  Статья выглядит, как копипаста статьи 90-х, причем с кучей допущений в тексте.
                                    +1
                                    было бы замечательно, если б вы указали на допущения, и привели свежие источники.(не ради спора, естественно — вполне нормально, что идут исследования, и появляются новые данные, новый опыт, да и технологии не стоят на месте)
                                      0
                                      было бы замечательно, если б вы указали на допущения, и привели свежие источники.(не ради спора, естественно — вполне нормально, что идут исследования, и появляются новые данные, новый опыт, да и технологии не стоят на месте)

                                      О том, что импульсные токи как-то решают задачу десульфатации нет ни одного независимого исследования. Практически везде зарядку проводят малым током с импульсами и никто не проверяет, а что если без импульсов делать. С этим согласна статья в немецком разделе Википедии. В нашем университете восстановили просто малыми токами аккумулятор с 20% до полной емкости, что согласуется с теорией. Для десульфатации нужно время, так как крупные кристаллы не могут мгновенно разложится, при заряде малым током только немного уменьшается их размер, но такой процесс происходит постоянно. Импульсы тут никак не помогают.
                                      Это не то, чтобы какие-то новые исследования, просто как-то нужно было продать зарядные установки, выделиться на рынке, вот и придумали импульсы.

                                      В целом в статье есть ряд ошибок, например:
                                      Эта функция возложена на структуры в виде клапанов в герметичных, точнее, герметизированных клапанами VRLA, загущение электролита силикагелем в GEL батареях, впитывающие стекломаты AGM, а также специальные пробки-рекуператоры, характерные для стационарных решений.

                                      Гелевые и AGM — подвиды VRLA, а звучит, как-будто три разные технологии.
                                      В части про
                                      Добавим к этому наводки помех, прежде всего, из электросети и самого источника питания ЗУ, и мы поймём, что задача аналоговой и цифровой обработки электрического сигнала с клемм АКБ для определения амплитудных и временны́х параметров оптимального зарядного воздействия нетривиальна. Надо знать, что именно искать, и суметь научить этому автомат.

                                      Все, что можно определить зарядным — это внутреннее сопротивление аккумулятора и, на основании данных по емкости, примерный уровень заряда. Но фактически без разбора и точного измерения это именно что примерные данные ни о чем. Во-первых, начальная емкость может до 5% отличатся от номинальной, во-вторых, банальная конфигурация и размеры пластин могут отличатся, не говоря уже о кристаллах-сульфатах. Там вообще генератор случайных чисел по размерам (в определенных пределах).

                                      Выглядит, как реклама, но без названия зарядного, которое продать пытаются.
                                        0
                                        Гелевые и AGM — подвиды VRLA, а звучит, как-будто три разные технологии

                                        Это правда 3 разные технологии, и довольно старые., см., например, Г. Емцов, «Электрические аккумуляторы», 1927. СА с загущённым электролитом или адсорбирующими стекломатами совсем необязательно закрывать именно клапанными крышками, хотя это делать хорошо, потому так чаще всего и делается.

                                        Для десульфатации нужна диссоциация (или, гораздо хуже, просто удаление) сульфата свинца, в тех условиях, в которых он находится, и теми способами, что применимы. Импульсы помогают создать, как минимум, перенапряжение при предотвращении (минимизации) нежелательных побочных эффектов. Это называется «никак не помогают»? Допустим, АКБ очень засульфатирована, настолько, что ток мал даже при перенапряжении. А что потом делать, когда (если) сошла часть сульфатов, снизилось сопротивление заряду? Оставлять ток малым, при соответственно просевшем напряжении? Или терморазгонять и кипятить?

                                        Импульсы как раз помогают достичь нужного пикового напряжения даже при малом среднем токе. Не говоря о множестве предоставляемых ими других полезных возможностей.

                                        И да, где схема или описание того ЗУ или БП, которым подавали малый «постоянный» ток? Там точно не было модуляции?
                                          0
                                          Это правда 3 разные технологии, и довольно старые., см., например, Г. Емцов, «Электрические аккумуляторы», 1927. СА с загущённым электролитом или адсорбирующими стекломатами совсем необязательно закрывать именно клапанными крышками, хотя это делать хорошо, потому так чаще всего и делается.

                                          И что, где-то есть стекломаты или гелевые без клапанов? Батарея такая долго не проживет, потому они без клапанов не производятся (если не гаражное производство).
                                          Импульсы помогают создать, как минимум, перенапряжение при предотвращении (минимизации) нежелательных побочных эффектов. Это называется «никак не помогают»?

                                          Я выше написал — независимых исследований нет. Потому нет, скорее всего никак.
                                          Допустим, АКБ очень засульфатирована, настолько, что ток мал даже при перенапряжении. А что потом делать, когда (если) сошла часть сульфатов, снизилось сопротивление заряду? Оставлять ток малым, при соответственно просевшем напряжении? Или терморазгонять и кипятить?

                                          Малый ток, в районе 0,01-0,02С, и оставить, пока не зарядиться (не будет больше заряжаться). Потом разрядить. Повторять до победного.
                                          И да, где схема или описание того ЗУ или БП, которым подавали малый «постоянный» ток? Там точно не было модуляции?

                                          Схемы я не видел, это была промышленная установка в институте (не думаю, что у института схема была). Они там могут требуемый ток, напряжение и температуру поддерживать, автоматически заряжать и разряжать с автоматической фиксацией данных. На момент моей учебы как раз 400 дней там гоняли литиевые аккумуляторы в автоматическом режиме.
                                          На курсе лекций четко было сказано — малый постоянный ток.
                                            0
                                            Малый ток, в районе 0,01-0,02С, и оставить, пока не зарядиться (не будет больше заряжаться). Потом разрядить. Повторять до победного.

                                            Это качели с разрядной паузой, т.е. тоже прерывистая, двухфазная процедура, только очень медленная, с огромным периодом. И сколько таких циклов пришлось сделать?

                                            До победного будет почём зря циклироваться та активная масса, что освободилась от «трудных» сульфатов. А при меньших длительности зарядного воздействия и релаксационной или деполяризующе-разрядной паузы циклируется «только» ёмкость двойного слоя.

                                            При недостаточной разности потенциалов, десульфатация будет неэффективной. При достаточной, параллельно с ней будут идти наработка оксида свинца из каркасов и тоководов, а также электролиз воды и нагрев. Именно потому приходится циклировать, а не оставлять под бесполезным (в данном случае) буфером или вредным перенапряжением.

                                            Итак, импульсное (модулированное) зарядно-десульфатирующее воздействие позволяет сэкономить время, энергию и ресурс активной массы, не противореча при этом классике. Средний ток при десульфатации может быть очень мал, при этом амплитуда достаточно высока, для эффективного адресного воздействия на труднодиссоциируемые сульфаты. То же справедливо для перенапряжения.

                                            И наверняка в промышленной установке, не являющейся блоком питания высококачественной аудиоаппаратуры или микропроцессора, пульсации напряжения и тока на выходе выпрямителя были значительны. Никто не будет тратиться на сглаживание пульсаций там, где это не надо. Такая модуляция также способствует релаксационной оптимизации процессов заряда и восстановления АКБ.
                                              0
                                              Итак, импульсный десульфатор не отменяет промышленной академической установки, а является другой структурой для реализации данной её функции, причём с оптимизированными параметрами.
                                                0
                                                Это качели с разрядной паузой, т.е. тоже прерывистая, двухфазная процедура, только очень медленная, с огромным периодом. И сколько таких циклов пришлось сделать?

                                                Это простой цикл заряда-разряда, не какая-то процедура особенная. В общей сложности было около 15 циклов, я недавно конспект лекций посеял, о чем сильно жалею. Заряд восстановился с 20% емкости до 98 или около того. Дальше были проверки токами побольше, состояние соответствовало паспортному (кривые и количество энергии при разных токах).
                                                Итак, импульсное (модулированное) зарядно-десульфатирующее воздействие позволяет сэкономить время, энергию и ресурс активной массы, не противореча при этом классике.

                                                Не понял, откуда «итак». Где тесты? Где цифры?
                                                Следующий «итак» с «оптимизированными параметрами» — есть хоть какие-то цифры?
                                                И наверняка в промышленной установке, не являющейся блоком питания высококачественной аудиоаппаратуры или микропроцессора, пульсации напряжения и тока на выходе выпрямителя были значительны. Никто не будет тратиться на сглаживание пульсаций там, где это не надо.

                                                Не та промышленная установка, для зарядки-разрядки, а которая для тестов и разработки. Выдается требуемый вид тока, возможно одновременное тестирование до 600 ячеек разного типа. Контролируется температура помещения, есть возможность подключить датчики к батареям. Там же вибрационный тест проводится при необходимости. Это именно что высококачественный блок питания, думаю, что для «высококачественной аудиоаппаратуры или микропроцессора» он может быть слишком хорош.
                                            +2
                                            Гелевые и AGM — подвиды VRLA

                                            Правильнее сказать, что гелевые и AGM — это разновидности внутреннего устройства аккумулятора. А VRLA — это исполнение корпуса. Обычная «необслуживаемая» стартерная батарея — это тоже VRLA, хоть об этом и не пишут.
                                            Особенно смешно, когда _производители_ пишут на аккумуляторах AGM-Gel…
                                              0
                                              Смешно, и ещё раз подтверждает: не факт, что данные и рекомендации от производителей — истина в последней инстанции, (которой вообще не бывает). Нормативы и рекомендации складываются из поставленных задач, имеющихся опыта и теорий, а также имеющегося в распоряжении инструментария.
                                                0
                                                И да, где схема или описание того ЗУ или БП, которым подавали малый «постоянный» ток? Там точно не было модуляции
                                                ?
                                                VRLA — это компоновка для AGM или гелевого аккумулятора, одно без другого просто не имеет смысла.
                                                Обычная «необслуживаемая» стартерная батарея — это тоже VRLA, хоть об этом и не пишут.

                                                Здесь терминология просто из разных стран — англоязычных и остального мира.
                                                  +1
                                                  VRLA — это компоновка для AGM или гелевого аккумулятора

                                                  К обычным стационарным «открытым» банкам в качестве опции уже лет 20 как продаются клапана с лабиринтом и катализатором для рекомбинации кислорода с водородом.
                                                  Например, первый попавшийся вариант...
                                                  image

                                                    0
                                                    Я не спорю, что можно что угодно прикрутить и настроить, но с завода обычно так не делают.
                                                      0
                                                      Собственно, главной мыслью моей было то, что и «классический» flooded cell может быть VRLA с помощью относительно недорогой опции. От этого он ни AGM, ни гелем не становится.
                                                        0
                                                        Я это понял, но это стандартная опция или спецзаказ? Т.е. только по дополнительному требованию так делают?
                                                          0
                                                          Это называется flooded, или wet, maintenance free (MF).
                                                            0
                                                            Поискал немного. Есть разница в терминологии, в Германии их не относят к VRLA, а используют названия вроде «необслуживаемые». В англоязычном пространстве различия не делают.
                                            0
                                            В отрасли принято как раз указывать, для какого режима разряда нормируется, или в каком режиме измеряется ёмкость, согласно самой природе свинцового аккумулятора.

                                            Кто спорит, с тем, что
                                            Для разрушения сульфата необходим малый ток длительное время
                                            ?
                                            Другой вопрос, как создать этот ток, причём пустить его именно «через сульфат», а не в электролиз воды и формовку активной массы из несуще-токоведущих конструкций? Уж молчу про модификации оксида свинца.

                                            Статья как раз о диалектике фактов, ведущих к противоположным, на первый взгляд, взаимоисключающим требованиям, антитезисам, и поиске синтеза, способа разрешения противоречий! А не об отрицании результатов и выводов научных исследований.
                                              0
                                              В отрасли принято как раз указывать, для какого режима разряда нормируется, или в каком режиме измеряется ёмкость, согласно самой природе свинцового аккумулятора.

                                              Вы не поняли, о чем я. Ток в 1С означает зарядку током, равному численно номиналу батареи в Ач, т.е. для аккумулятора 45 Ач значение тока 1С = 45А. «Двойной ток двадцатичасового разряда» это масло масляное, которое сейчас называется «разряд током 0,1С». Часы опускаются, так как нет строгого требования брать именно 20 часов.
                                              Другой вопрос, как создать этот ток, причём пустить его именно «через сульфат», а не в электролиз воды и формовку активной массы из несуще-токоведущих конструкций? Уж молчу про модификации оксида свинца.

                                              Его не нужно проводить «через сульфат», под воздействием тока сульфат, начиная с внешней стороны, разлагается.
                                                0
                                                ПМСМ, в популярной статье всё-таки есть смысл упомянуть, что разрядная (полезная) ёмкость АКБ зависит от режима разряда. Даже на корпусах многих батарей это уточнено. И номиналы встречается разные: C20, реже C10, иногда C15. Чтобы пользователи батарей понимали, какой мощностью в течение какого времени смогут воспользоваться. C20 от C10 отличается чаще незначительно, это да. Зато пяти-, двухчасовой, 15-минутный разряд — другое дело. Тем более стартерный, когда разряжается незначительная часть ёмкости.

                                                Как бы то ни было, конструктивная критика формы и содержания приветствуется. Благодаря ей, совершенствуемся и совершенствуем предметную область.
                                                  0
                                                  ПМСМ, в популярной статье всё-таки есть смысл упомянуть, что разрядная (полезная) ёмкость АКБ зависит от режима разряда. Даже на корпусах многих батарей это уточнено.

                                                  Так привели бы такую картинку. Там видно, что отличаются они довольно существенно по количеству передаваемой энергии.
                                                    0
                                                    На этой конкретно картинке особенно интересно то, что током 3C эту конкретную батарею можно разряжать даже чуть глубже, чем 1.3 В/элемент. При том, что официально все, что ниже 1.6 В/элемент — гарантированная смерть для любого свинцово-кислотного аккумулятора…
                                                    Есть такой парадокс в некоторых химических источниках тока. Например, хоть они уже очень давно страшный дефицит, средний срок службы хороших солевых батареек в пультах от телевизора обычно больше, чем у щелочных. Были у меня солевые AA батарейки Eveready в 80-х — два года не мог их выкинуть. Я их в плеере использовал. После первого использования и разряда забыл их выбросить. Через пару месяцев искал живые батарейки — наткнулся на эти. Они оказались живыми. Плеер на них еще две или три кассеты отыграл. Потом через месяц еще две. Через пару месяцев еще три… И так два года… А потом я «постарел» и перестал слушать плеер…
                                                      0
                                                      Картинка ничего не говорит о дальнейшей судьбе батареи после эксперимента. Что до элементов Лекланше, в них, как и многих других ХИТ, включая СА, имеет место множество процессов с разной кинетикой. Непрореагировавшие вещества добрались до мест токообразующих реакций, — и элемент снова в строю. Свои перспективы имеет и марганцево-цинковая химия, есть планы заняться перезарядом солевых и щелочных элементов.
                                                        +1
                                                        Обычно такая картинка говорит о том, что это официально допустимый режим работы для батареи. Если вы присмотритесь, то при разряде 0.05C график доходит только до 1.75 В/элемент, что существенно выше критических 1.6 вольт…

                                                        Непрореагировавшие вещества добрались до мест токообразующих реакций

                                                        Я примерно о том же. Базовая особенность химических источников тока. Солнечная батарея после пары дней в чулане или не вращающаяся динамо-машина, не выдадут наружу сколь-нибудь заметных количеств энергии, если СБ не выставить на свет, а динамо-машину не начать крутить.
                                                          0
                                                          Обычно такая картинка говорит о том, что это официально допустимый режим работы для батареи.

                                                          Да, но нормируется ещё и число циклов. Если спасаем важные данные, или питаем медицинские приборы во время операции, можно и угробить батарею, надо только знать, до какой поры она продолжит давать ток, и какой, и при каком напряжении.
                                                        +1
                                                        При том, что официально все, что ниже 1.6 В/элемент — гарантированная смерть для любого свинцово-кислотного аккумулятора…

                                                        Это при постепенном разряде, а здесь не весь заряд ушел. Т.е. фактически там вследствие работы просело выдаваемое напряжение, оно потом поднимется, если дать батарее «отдохнуть».
                                                          0
                                                          Вот в том и дело, что большинство производителей для большинства случаев рисовало 1.6 В/элемент как крайний край.
                                                          (И да, старею и отстаю от жизни, уже даже для CSB GP1272 графики разряда тоже уходят в 1.3 В/элемент… Что-то свинцово-кислотным аккумуляторам поправили в химии буквально в последние пару лет… Без фанфар и радостных воплей, но глобально и круто.)
                                                            0
                                                            Думаю там не химия, а просто качество материалов.
                                                              0
                                                              Нет. Тут именно химия. Достаточно чистые свинец, серную кислоту и воду получать умеют уже очень давно. А здесь именно речь о присадках к свинцу и электролиту, которые не позволяют формироваться нерастворимым сульфатам при разряде ниже 1.6 В/элемент.
                                                                0
                                                                Я про допуски в материалах, не их состав. И форма пластин.
                                                            0
                                                            А ещё лучше восстановить хотя бы поляризацию, если неоткуда взять энергию для заряда активной массы.
                                                          0
                                                          Разрядные режимы достойны отдельной статьи. Иначе получилась бы перегруженная публикация.
                                                            0
                                                            Заряд и разряд нельзя рассматривать отдельно, это общие циклы для аккумуляторов. А картинка выше стандартная, первая из Гугля, можно было просто ее привести тут для общей информации.
                                                  +1
                                                  По определению источник тока есть источник, ток которого не зависит от сопротивления нагрузки. По определению источник напряжения есть источник, у которого напряжение не зависит от сопротивления нагрузки. Очевидно, что любой аккумулятор не только не соответствует определению источника тока, но даже ближе к источнику напряжения, хотя и им в точности не является.
                                                    0
                                                    Фразеологизмы «источник тока» и «химический источник тока» исторически сложились, и имеют разные значения, соответственно приведённые Вами в комментарии, и мною в статье. Принято писать химический источник «тока», а не, например, «энергии», или «электродвижущей силы» я тут ни при чём.
                                                    +3
                                                    Краткое содержание для тех кому лень читать могобуков:

                                                    Заряжаем импульсами чтоб вкачать ток и не успело закипеть.

                                                    Похожий метод используют для заряда Ni-Mh
                                                      +1
                                                      Ток на напряжение – это снова мощность, чтоб получить энергию на напряжение надо умножать заряд.
                                                      +2
                                                      Хорошая статья, но я все ждал таки какой-то живой схемы.

                                                      На самом деле, тема восстановления свинцовых батарей занимает уже с пол-года.

                                                      Кто-то пишет, что свинец — неактуален, но его переработка налажена, а стоимость одного киловатта емкости в разы меньше, хотя и вес — больше.

                                                      У самого уже есть несколько пациентов для тестов — от гелевого 3А-ч (реально — 1), AGM 7А-ч(3) и до обычного автомобильного на 50А-ч(1 — вообще труп)

                                                      Пытался реализовать реверсный заряд-десульфатацию на «транзисторах» и Arduino — не пошло, сульфаты оказались сильнее, чем предполагалось.

                                                      Вот как раз на подходе технология импульсного заряда, то-есть ее реализация.

                                                      В общем, свои соображения по поводу электромобилей на свинце таки оформлю и выложу на хабр.
                                                        +1
                                                        Прям реквием по книге и воспоминаниям — «Химические источники тока», Багоцкий, так, кажется? Там и схемы были…
                                                          0
                                                          Да, книга Багоцкого, и более старая одноимённая Романова и Хашева содержат интереснейшие и ценнейшие данные, воспользоваться которыми как следует можно на современной элементной базе!
                                                          +1
                                                          Схемы импульсного заряда/разряда многократно публиковались в 70-х годах прошлого века, например в журнале «Радио». Самые простые работали с частотой 100 Гц ) Я и сам когда-то пользовался собственноручно разработанной (1006ВИ1), похоже был эффект )
                                                            0
                                                            Спасибо, за подробное изложение всей химии процесса, тем более, что сейчас пытаюсь довести до ума домашний UPS с не до конца понятной «китайской логикой».
                                                            ps конце наивно ожидал «серебряную пулю», но лишь в очередной раз убедился, что «всё сложно»
                                                              0
                                                              Если бы подробное! Химии мы пока коснулись лишь вскользь. Зато определились с первоначальными критериями, в чём состоят основные противоречия и возможные пути их разрешения.
                                                              +2
                                                              Интересная статья, интересный обзор борьбы с сульфатацией и методов заряда.
                                                              На самом деле, все еще более интересно и сложно. Только более-менее изученных реакций, протекающих в свинцово-кислотной АКБ — больше сотни, ЕМНИП. Современное состояние — очень странное. С одной стороны, больше 150 лет развития технологии и эмпирически получены достаточно стабильно работающие варианты химии пластин и электролита, методов заряда и способов опознать умирающую батарею. С другой стороны — методы все еще в основном эмпирические и заранее предсказать, как себя поведет батарея при изменении каких-либо из параметров — пока, на сколько мне известно, так и не научились.

                                                              Примерно все «нетрадиционные» методы заряда-разряда свинцово-кислотных батарей известны многие десятки лет. Но у меня есть простой вопрос продавцам, которые расписывают свои «правильные» «улучшенные» и «умные» методы заряда: «Гарантия на АКБ сколько лет?»
                                                              Если продавец устройства с «правильным» «улучшенным» «умным» зарядником не готов дать мне дополнительно хотя бы год гарантии сверху гарантии от производителя батарей… Вывод очевиден.
                                                              На больших системах АКБ большой емкости (от примерно 500 Ач «на банку») есть смысл ставить систему «управления», которая контролирует индивидуальные банки, корректирует их заряд при необходимости, сигнализирует, если какая-то из банок начала умирать. Такая система, действительно, дает реальное увеличение среднего срока службы. Но, опять же, не в разы а на небольшие десятки процентов в лучшем случае. Больше пользы дает своевременное обнаружение отклонения параметров и возможность заменить батареи до реального отказа.

                                                              Есть, кстати, еще один метод заряда, который не описан в данной статье, но я встречал «в полях» — люди соорудили самодельный стенд, который на 1-2 секунды давал на батарею зарядное напряжение под 10 В на элемент, а потом примерно 20 секунд разряжал батарею очень малым током. (там, собственно, ноу-хау в правильном подборе длительности и напряжения импульса, длительности и тока разряда, а так же количества дней, проводимых батареей в этом стенде). Этим методом люди восстанавливали мертвые 7 Ач батарейки до почти живого состояния. Но даже восстановленные так батареи шли исключительно в разные детские электромобили и прочие самокаты, ибо срок службы «восстановленной» батареи был в небольшие недели.
                                                              И это проблема всех таких методов — иногда работает один, иногда — другой. Иногда — ни один. Заранее предсказать путем простого измерения параметров батареи — примерно невозможно.
                                                                0
                                                                В этом году встретил 2 умирающие 10-12 летние стартерные батареи варта сильвер, остаточная емкость одной была 10 Ач и она не однократно подвергалась переразряду и заряду чем попало из-за дохлого генератора.
                                                                Срок службы в основном определяют не методы обслуживания, а качество самой батареи…
                                                                  0
                                                                  Если продавец устройства с «правильным» «улучшенным» «умным» зарядником не готов дать мне дополнительно хотя бы год гарантии сверху гарантии от производителя батарей…

                                                                  Верно сказано, именно устройство с ЗУ. Если оно является эксплуатационным контроллером или содержит его, (например, реле-регулятор, ИБП, встроенное ЗУ электротранспортного средства), такую гарантию давать можно и желательно. Но если ноль достоверных сведений о том, что и как делается с АКБ в «промежутках между применениями устройства», появляются сомнения и затруднения.

                                                                  не описан в данной статье

                                                                  Зато упомянут. Экстремальная десульфатация, в данном случае, перенапряжением на порядок с последующей принудительной пассивной деполяризацией. Как недавно обсуждали коллеги, значение могут иметь и переходные процессы, в том числе в индуктивности проводов. Другие провода или клеммы, — и режим уже не тот. Это ни в коем случае не смешки, а лишь констатация необходимости дальнейших исследований.

                                                                  Импульсный (прерывистый, модулированный, релаксационный) заряд — это всего лишь инструмент усиления и акцентирования воздействия на аккумулятор. Инструмент может иметь полезное, бесполезное или вредное действие, зависит от того, как им управляют.
                                                                  0
                                                                  Реанимировал, с помощью iMax-B6, два девятилетних 12в автомобильных аккумулятора повышенным напряжением по этой методике. Два года прошло. Оба в строю.
                                                                    0
                                                                    несколько полуживых автомобильных восстановил до приемлемого состояния с помощью зарядки импульсами малой длительности и большой амплитуды: shyza.ru/forum/viewtopic.php?f=15&t=50
                                                                      0
                                                                      Вот однако, народ долбит аккумуляторы с разной степенью успешности.
                                                                      shyza.ru/forum/viewtopic.php?f=15&t=50
                                                                        0
                                                                        С практической точки зрения: свинцовые аккумуляторы в основном стоят в автомобилях и подзаряжаются им же. Если сделать какую-нибудь супер крутую зарядку, то будет ли от нее толк если аккумулятор деградирует в автомобиле?

                                                                        Есть конечно и другое применения для СА, типа UPS/датацентры/солнечная энергетика, где больше возможностей контролировать заряд.
                                                                          0
                                                                          Если аккумулятор деградирует в автомобиле, от умного ЗУ лечебно-профилактический толк. Если встроить умный контроллер в реле-регулятор, толк будет ещё бо́льший.
                                                                            0
                                                                            Спасибо за ответ, это проясняет перспективы
                                                                          0
                                                                          Странно, что никто не вспомнил этот материал.
                                                                          И там же отсыл к сайту/блогу небезызвестного Сороки, который, с одной стороны, активно пиарится и за немалую мзду толкает собственные зарядные блоки, с другой — продвигает идеи импульсного и прерывистого заряда, подкрепляя это наукообразной теорией.
                                                                          Личный опыт — зимой на авто умер аккум, жаба долго мучала меня, купить ли блок от Сороки, или аналогичное устройство питерских производителей. В итоге она (жаба) победила, купил второе — и внезапно сумел восстановить явно засульфатированный аккум. Но другой (тоже автомобильный), который умер еще годом ранее — пока никак.
                                                                            0
                                                                            Какие симптомы у того, что пока никак?
                                                                              0
                                                                              Их несколько. Первое — зарядка «умная», и сама делает режим десульфатации. Если все ОК — она сообщает об этом загоранием зеленого светодиода (судя по всему, просто по напряжению на аккуме), пока этого не произошло, т.е. раз в два дня отказывается дальше продолжать режим десульфатации, отключаю и запускаю этот режим вновь. Второе — сам раз в сутки контролирую напряжение точным вольтметром. Пока до 12 В не дошло. Точнее, однажды дошло даже до 14 В, зарядник «позеленел», я порадовался, все отключил, а через пару дней проверил напряжение на клеммах, оно сильно упало, а зарядник в режиме ДСФ опять стал показывать невозможность достижения искомого результата. Возможно, часть пластин уже осыпалась, и нужно полностью промыть аккум с заменой электролита. Проблема в том, что он необслуживаемый, и пока не хотелось ломать его верхнюю крышку.
                                                                                0
                                                                                Сильно упало — это насколько? Там может быть не только сульфатация, но и КЗ одной или нескольких банок. Электролит проконтролировать надо обязательно. Потеря воды ведёт за собой повышение плотности с усилением сульфатации и коррозии, а при контакте губчатого свинца с воздухом кислота играет роль флюса, мешая образоваться защитной плёнке, что грозит превращением пластин в труху. Добавляя энергию в потерявший воду аккумулятор, мы только усугубляем его состояние.
                                                                                  +1
                                                                                  Судя по бодрому скачку ЭДС (см. выше) с последующим быстрым падением, там в самом деле возможно КЗ пластин в какой-то банке. Крышка просто так не поддалась (это к комментарию ниже), беглое гугление показало, что именно эта модель аккума плохо вскрывается (точнее, почти безвозвратно), т.е. потом надо будет использовать где-то совсем не в авто, а, возможно, в строго стационарном положении.
                                                                                  +1
                                                                                  Этому «необслуживаемому» надо открыть кусочек верхней крышки (он держится на защелках и уплотнителях пробок, обычно) и посмотреть, остался ли там еще жидкий электролит… А вообще — сдать его в утиль, купить новый за 3 килорубля, и забыть о проблеме на пять лет…
                                                                                    +1
                                                                                    Этот аккумулятор давно уже был заменен другим, и сейчас полезной нагрузки не несет (и судя по всему, в авто уже и не понесет). А попытка восстановления — просто развлечение на тему «вдруг получится». Собственно, даже не совсем знаю, что стал бы делать с ним в этом случае, разве как использовать в режиме буферно-аварийной емкости при отключении электричества в гараже — зимой, и в саду для накопления энергии от солнечной батареи для микропотребителей — летом

                                                                            Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.

                                                                            Самое читаемое