Напряжение зарядки аккумуляторов
НАПРЯЖЕНИЕ, ВРЕМЯ и ТЕМПЕРАТУРА — три переменных, от которых зависит качество зарядки аккумуляторов. Управляет этими переменными зарядное устройство. Если оно делает это не правильно, дорогие аккумуляторные батареи хронически недозаряжаются или перезаряжаются. В результате сохраняют меньше энергии и раньше времени выходит из строя.
В продвинутых системах зарядки не существует никакого волшебства. По большому счету, все что они делают – это увеличивают разницу между текущим напряжением аккумулятора и напряжением зарядного устройства. Чем выше напряжение, тем больший ток поступает в аккумулятор и тем быстрее он заряжается. Однако процесс зарядки необходимо точно контролировать, иначе аккумулятор легко повредить.
Установить зависимость между зарядным напряжением и током, поглощаемым аккумулятором позволяет простой эксперимент. Разрядим аккумуляторную батарею с жидким электролитом емкостью 100 Ач до 50% и подключим ее к источнику зарядки с максимальным током 180 А. Выставим на блоке питания напряжение 13,2 Вольта и измерим ток, потребляемый аккумулятором. После этого увеличим напряжение и вновь измерим поглощаемый аккумуляторной батареей ток.
Результаты измерений приведены на графике. Красная линия показывает, что заряженный на 50% аккумулятор при напряжении 13,2 В потребляет 35 А, а при напряжении 14,8 В — 160 А. Таким образом при увеличение напряжения на 1,6 Вольта скорость зарядки возрастает на 457%.
Заряженный на 70-75% аккумулятор ведет себя иначе (черная линия на графике). При напряжении 13,2 В он «думает», что уже полностью заряжен и потребляет всего около 1 А. Но стоит повысить напряжение до 14,8 В и ток резко возрастает до 60A. Улучшение зарядки на 6000%!
Контрольные напряжения были выбраны не случайно. Именно эти значения чаще всего встречаются в реальной жизни. Напряжение 13,2V появляется, если используется диодный разделитель. Или регулятор напряжения генератора имеет встроенный температурный компенсатор.
Температурная компенсация используется в большинстве современных генераторов. Когда двигательный отсек нагревается и теплый воздух проходит через регулятор, то генератор считает аккумулятор заряженным. В результате примерно через 20 минут работы стандартного автомобильного генератора напряжение уменьшается с 14 В до 13,2 В. Для стартового аккумулятора это нормально, но для тягового гарантирует, что он никогда не зарядятся полностью. Именно поэтому на транспортные средства с аккумуляторами глубокого разряда устанавливают зарядные устройства, работающие от генератора
Мы выяснили, что с повышением напряжения ток, потребляемый аккумулятором многократно возрастает. Но не расходуется ли получаемая аккумулятором дополнительная энергия на нагрев и газообразование? Сохраняет ли аккумулятор ее для дальнейшего использования? Не оказывается ли быстрый заряд пустой тратой времен, которая в итоге приводит к разрушению аккумулятора?
Сомнения развеивает второй эксперимент. Возьмем четыре одинаковых аккумулятора с жидким электролитом емкостью 100 Ач каждый. Соединим их параллельно и разрядим до одного и того же уровня. Затем по очереди зарядим при различном напряжении. Замерим потребляемый аккумулятором во время зарядки ток и с помощью счетчика ампер часов определим, какой реальный заряд получила каждая батарея. Температуру аккумуляторов во время зарядки также будем контролировать. Если она повысится до 50 град. C, значит электролит может закипеть и такой режим опасен для аккумулятора.
После того как зарядка завершена, проверим действительно ли аккумуляторы сохранили полученную электрическую энергию. Для этого по очереди к каждому аккумулятору подключим инвертор, нагрузкой которого будут лампы накаливания мощностью 400 Вт. Если во время зарядки аккумулятор получил большее количество ампер часов, и действительно сохранил их, то подключенные к нему лампы должны светится дольше.
Результаты эксперимента позволяют ответить на следующие вопросы
1) Получает ли аккумулятор больше энергии в процессе быстрой зарядки? Да. Эксперимент показал, что при напряжении 13,3 В аккумулятор получил 21 Ач, а во время зарядки при напряжении 14,8 В — 60 Ач. Улучшение составило около 300%.
2) Действительно ли аккумулятор сохранил дополнительную энергию или она пошла на нагрев и газообразование? Тест продемонстрировал, что аккумулятор заряженный при 13,2 В питал инвертор в течение 48 минут. А заряжавшийся при 14,8 В проработал при той же нагрузке 114 минут. Поскольку этот аккумулятор был единственным источником энергии для инвертора, следовательно, во время зарядки он получил и сохранил дополнительные ампер часы. Улучшение составило 230%.
3) Будет ли аккумулятор кипеть при зарядке с высокой скоростью? Во время зарядки, температура аккумулятора повысилась с 18 до 32 градусов C. До опасных 50 градусов далеко. Кроме того, в тесте использовалось зарядное устройство мощностью 150 А. Чтобы воспроизвести такие испытания в реальной жизни с аккумуляторной батареи емкостью 400 Ач потребуется генератор или зарядное устройство мощностью 600 А. Маловероятно, что кто-либо располагает такими устройствами зарядки
6) Есть ли другие преимущества от зарядки при повышенном напряжении? Да, во время зарядки происходит десульфатация, увеличивающая срок службы аккумулятора. Если зарядка идет от генератора, то время работы двигателя и расходы на топливо, связанные с зарядкой, уменьшаются.
Негативных последствий от зарядки при повышенном напряжении для аккумуляторов не существует
Если на основе полученных данных создать компьютерную программу и записать ее в микропроцессор, то созданное на его основе зарядное устройство увеличит срок службы аккумуляторов и заставит их работать дольше.
