Проблемой продления работоспособности свинцовых аккумуляторов авторы статьи занимались не один десяток лет. За это время проведены сотни лабораторных работ и разработаны технологии восстановления свинцовых аккумуляторов емкостью от 4 до 2200 А-час и напряжением от 1,5 до 110 В. Благодаря сотрудничеству лаборатории с Российской железной дорогой, Речфлотом, Автотрансом и др. разработан ряд зарядно-восстановительных устройств и даны рекомендации по оптимальной эксплуатации аккумуляторов.
Как показывает практика, аккумуляторы заметно теряют свои свойства (сульфатируются) после 2-3 лет эксплуатации на современном автотранспорте. Причины снижения их качества — отсутствие профилактических работ по восстановлению пластин. Аккумуляторы в автомобилях используются в смешанном режиме эксплуатации: при заводке двигателя потребляются значительный стартовый ток, а в поездке аккумулятор заряжается в буферном режиме небольшим током от генератора. При неисправной автоматике автомобиля ток зарядки может быть недостаточным или, наоборот, привести к перезаряду аккумулятора.
Признаки сульфатации пластин аккумулятора:
— уменьшение емкости аккумулятора;
— повышенное напряжение на электродах;
— кипение и газообразование при зарядке.
Восстановить нормальную работу такого аккумулятора непосредственно от автомобильного генератора обычно не удается ввиду малого превышения напряжения генератора над аккумуляторным и небольшим током заряда. Для этого необходимы специальные зарядные устройства.
Для оценки качества аккумулятора можно считать, что его ток разряда в течение 10 часов примерно равен емкости аккумулятора. Если напряжение при разряде упало до 1,92 В на элемент раньше чем за 10 час, то и емкость аккумулятора соответственно меньше.
В некоторых автомобилях (грузовых) устанавливаются два аккумулятора общим напряжением 24 В. У них получаются разные токи разряда из-за того, что на первый аккумулятор подключена вся нагрузка с напряжением 12 В (телевизор, радиоприемник, магнитофон и пр.), которая питается от аккумулятора на стоянке и в пути, а второй нагружается только во время пуска стартера и разогрева свечей в дизельном двигателе. Заряжать эти аккумуляторы нужно отдельным зарядным устройством с возможностью регулирования тока заряда и разряда на каждом аккумуляторе.
При незначительной сульфатации пластин применяется длительный заряд малым током. Вначале аккумулятор доливают дистиллированной водой чуть выше уровня пластин и включают на заряд нормальным током (Iзар=0,1С, где С — емкость аккумулятора). Время заряда зависит от состояния аккумулятора. При возникновении газообразования его отключают на 0,5 час, снижают ток в 2-3 раза и ведут зарядку опять до появления газообразования, вновь перерыв 0,5 час и очередное снижение тока.
Плотность электролита при таком методе восстановления достигает величины, близкой к нормальной. Недостаток такого метода восстановления—длительное время процесса, доходящее до нескольких суток.
Более эффективный метод восстановления — заряд циклическими токами, т.е. чередующимися циклами заряда и разряда. После диагностики технического состояния аккумулятора (например, нагрузочной вилкой) вычисляют его внутреннее сопротивление. Если оно превышает заводское в 8…10 раз, необходимо поставить аккумулятор на заряд (Iзар=0,1С) и проводить его до появления газообразования. После перерыва 5…10 мин включают разряд аккумулятора на нагрузку, в качестве которой берут лампу 50 свечей 12 В от фары автомобиля. Время разряда примерно равно времени заряда. Такие циклы проводят несколько раз до достижения нормальной плотности электролита.
Еще более действенный метод восстановления — заряд аккумулятора импульсным током. Импульсный ток по форме, амплитуде и длительности значительно отличается от синусоидального. Амплитуда импульса тока восстановления, как правило, превышает средний ток заряда в 5…10 раз. Повредить пластины аккумулятора такой ток не может, а вот расплавить застарелые кристаллы сульфата свинца в состоянии, и за короткое время. При средней величине зарядного тока 5 А амплитуда импульса может достигать 50 А. Достичь такой амплитуды тока можно при величине напряжения заряда 24…26 В. Ввиду малой длительности импульса (несколько микросекунд), нагрева аккумулятора и кипения электролита практически не наблюдается. Ток разряда при зарядке асимметричным током должен составлять не более 0,1Iзар.
Зарядно-восстановительное устройство, выполненное например по схеме:
Данное устройсвто восстанавливает аккумуляторы от КАМАЗа емкостью 240 А час за 12 часов при токе заряда 5 А.
Задающий генератор построен на двух транзисторах разной проводимости — VT1 и VT2, образующих аналог однопереходного транзистора. Питание генератора выполнено от параметрического стабилизатора на элементах VD1-VD2-R9. Импульс управления с генератора через ограничительный резистор R8 поступает на светодиод оптопары VU1 и открывает ее. Через ограничительный резистор R10 на управляющий электрод тиристора VS1 подается открывающий уровень. Через открытый тиристор зарядный ток со вторичной обмотки силового трансформатора Т1 поступает на аккумулятор GB1. Контроль суммарного тока производится стрелочным прибором РА1, правильность подключения аккумулятора индицирует светодиод HL1.
Отрицательный импульс разрядного тока формируется тиристором VS2. В момент открывания VS2 ток с вторичной обмотки трансформатора Т1 через цепь R11-VS2 поступает на аккумулятор в обратной полярности. Разряд происходит на резистор R11.
Технические характеристики
Напряжение сети, В 220
Выходное напряжение, В 24
Длительность зарядного импульса, мс 2…5
Длительность разрядного импульса, мкс 1.. .3
Мощность трансформатора, Вт 120
Регулировка тока устройства осуществляется переменным резистором R1 путем изменения длительности импульсов генератора. Для повышения температурной стабильности схемы добавлен терморезистор R2.
В схеме используются радиодетали, типы и возможная замена которых приведены в таблице:
Устройство размещено в стандартном корпусе блока питания компьютера. Регулятор тока R1, амперметр РА1. светодиод HL1 и выключатель SA1 крепятся на передней панели корпуса. Терморезистор R2 крепится на радиаторе тиристора VS1 и отслеживает его перегрев.
Наладку схемы начинают с проверки монтажа. Вместо аккумулятора к выходным гнездам подключают эквивалент нагрузки — автомобильную лампочку 12 В, 20… 100 свечей и, вращая движок R1, проверяют изменение яркости лампочки от минимальной до максимальной. Корректировку диапазона регулировки можно сделать изменением емкости конденсатора С1 и сопротивления R3. Разрядный ток можно проверить, подключив амперметр в разрыв анодной цепи тиристора VS2.