Текст книги "Аккумуляторы. Справочник"

В качестве электролита для автомобильных аккумуляторных батарей применяют раствор серной кислоты в дистиллированной воде. При отсутствии стандартной допускается применение дождевой воды и даже талого снега. Для различных климатических и температурных условий, в которых батарее предстоит находиться в эксплуатации, применяется электролит различной плотности.

Для приготовления электролита применяется чистая кислотостойкая пластмассовая, керамическая, фаянсовая посуда, в которую сначала наливается вода, а затем постепенно кислота при непрерывном перемешивании кислотостойкой палочкой. Обратный порядок заливки не допускается. Ориентировочное количество электролита, необходимое для заливки аккумуляторных батарей, приведено в таблицах вместе с их техническими характеристиками.

Плотность электролита в основном зависит от концентрации раствора серной кислоты: чем больше концентрация раствора, тем больше плотность электролита. Однако она также зависит и от температуры раствора: чем выше температура, тем ниже плотность.

Для определения степени разряженности в любой момент принимается нормативная плотность электролита 1,29 г/см³, то есть плотность, приобретенная после полного первого заряда.

Для уравнивания плотности электролита, то есть доведения ее до плотности, равной плотности в начале эксплуатации, следует измерить фактическую плотность и температуру. Затем сравнивают приведенную (к плотности при +20 °C) плотность и рекомендуемую. Если приведенная плотность окажется ниже нормы, то доливают кислоту или электролит повышенной плотности, если же выше – доливают дистиллированную воду.

Для того чтобы при этом не превысить уровень, из аккумулятора необходимо предварительно отобрать часть электролита. Уравнивание можно проводить только в полностью заряженном аккумуляторе, когда электролит имеет плотность, не искаженную недозаряженноетью последнего, и когда еще продолжается кипение, которое содействует быстрому перемешиванию. В противном случае следует продолжать заряд после доливки в течение 30 минут для достижения лучшего перемешивания и затем через 30 минут измерить плотность и температуру, чтобы снова определить приведенную плотность.

Доводка плотности до нормы обычно не получается с первого раза, тогда ее следует повторить. Промежутки между приемами доводки должны быть не менее 30–40 минут.

Ввод в действие сухозаряженных (новых) аккумуляторных батарей в действие следует начинать с заливки аккумуляторов, которую рекомендуется производить следующим образом.

Электролит, приготовленный согласно требованиям, можно заливать в аккумуляторы при условии, если его температура не выше 25 °C в холодной и умеренной климатических зонах и не выше 30 °C в жаркой и влажной зонах. Не рекомендуется заливать аккумуляторы электролитом температурой ниже 15 °C.

Заливку аккумуляторов рекомендуется производить следующим образом. Если вентиляционные отверстия расположены в пробках, то их необходимо вывернуть и снять с них герметизирующую пленку или срезать выступ и проверить, вскрылись ли вентиляционные отверстия. Если пробки без герметизирующей пленки или выступа, следует вынуть расположенные под ними герметизирующие диски и выбросить их. Заливку следует производить небольшой струей до тех пор, пока зеркало электролита не коснется нижнего конца тубуса горловины или на 10…15 мм выше предохранительного щитка.

Уровень электролита над предохранительным щитком можно измерить стеклянной трубочкой. Если в крышке батареи имеются вентиляционные штуцера для автоматической регулировки уровня электролита, необходимо освободить отверстия в штуцерах от герметизирующих деталей (стержни, колпачки и др.). Последние следует выбросить. Затем необходимо отвернуть пробки и надеть их на штуцера. Заливку следует производить небольшой струей до верхнего среза горловины. В случае проливания электролита необходимо собрать его ветошью и протереть облитые места (нейтрализовать) 10 % раствором нашатырного спирта. После заливки пробки со штуцеров надо снять, и уровень автоматически снизится до нормы.

Необходимое количество электролита для заливки батарей указано в таблицах технических характеристик. Как правило, не ранее, чем через 20 минут и не позже, чем через два часа после заливки, нужно измерить плотность электролита. Если плотность электролита в аккумуляторе ниже плотности заливавшегося более чем на 0,03 г/см³, такую батарею перед установкой в автомашину сл едует зарядить.

Если батарея хранилась не более одного года и процесс подготовки ее к вводу в эксплуатацию происходил при температуре не ниже 15 °C, допускается установка ее в автомашину без проверки плотности электролита после 20 минут пропитки. Батарею, введенную в эксплуатацию, следует дополнительно проверить (уровень, заряд) и при необходимости откорректировать через 3–4 дня.

2.2. «Тренировка» АКБ с помощью таймера

Почти все портативные электронные устройства рассчитаны на автономную работу от батарей (элементов питания) или аккумуляторов (перезаряжаемых элементов питания, имеющих идентичные типоразмеры). Однако любые, даже самые современные АКБ, на основе Li-Ion технологии, со временем теряют первоначальную энергоемкость. Из-за этого время работы такой АКБ существенно сокращается. За примерами далеко ходить не надо – вспомните сотовые телефоны.

Мне же интересен другой пример – как восстановить емкость АКБ портативной радиостанции (рис. 2.1) без специальных приспособлений и дорогостоящих устройств. Один из способов продлить жизнь аккумуляторной батареи (АКБ) небольшой емкости – обеспечить ей стабильный (во времени) режим заряда и разряда.

Рис. 2.1. Портативная радиостанция в зарядном «стакане»

Во время экспериментов с портативной радиостанцией мне архиважно, чтобы радиостанция постоянно находилась в режиме «прием» (включена) и сканировала нужный участок диапазона.

В режиме сканирования АКБ потребляет на порядок больший ток, чем в режиме «прием», поэтому радиостанция даже с новой АКБ вскоре после покупки и означенного эксперимента начнет требовать зарядки чаще, чем этого хотелось бы ее владельцу.

А что делать тем, у кого в наличии имеются старые портативные радиостанции с уже «отжившими свое» АКБ. Простой метод позволяет «вылечить»

АКБ, даже изрядно потерявшую емкость. Для этого потребуется программируемый таймер, обеспечивающий цикличное включение нагрузки.

Наиболее оптимальным решением в части простоты, временных и материальных затрат является применение электро-механического таймера (рис. 2.2). Для этого таймер программируют так, чтобы он включался с 20.00 до 8.00 (на 12 часов – это время может быть скорректировано в каждом конкретном случае). В качестве нагрузки подключают адаптер зарядного устройства для портативной радиостанции[1]1
  Не путать с устройством для «быстрой зарядки». Время заряда с таким устройством может быть ограничено 1–3 часами, а перезаряд в некоторых портативных устройствах (не оборудованных автоматическим устройством отключения) приведет к быстрой потере емкости АКБ.


[Закрыть].

Рис. 2.2. Электромеханичский таймер

Таким образом, радиостанция постоянно включена: с 8 до 20 часов работает от энергии собственной АКБ, обеспечивая естественный и стабильный во времени разряд АКБ, остальную часть суток с помощью зарядного устройства, с одновременной подзарядкой АКБ.

Время, выбранное на режим заряда от сетевого адаптера, зависит от номинальной энергоемкости АКБ, его состояния (старости) и зарядного тока. В данном случае это время вычислено опытным путем – опробована работа в автономном режиме «на износ» с полностью заряженной АКБ. Дополнительную информацию и рекомендации можно получить из инструкции по эксплуатации конкретного электронного устройства.

В результате проведенного эксперимента мне удалось восстановить АКБ видавшей виды «портативки» IC-F3. Если ее АКБ ранее «держала время» не более 10 часов, то после 2-месячного эксперимента, описанного в статье, время активной работы радиостанции увеличилось до 15 часов. И это еще не предел.

Таким же методом можно с успехом «вылечить» АКБ небольшой энергоемкости других электронных устройств, совершенно разных, к примеру, машинки для бритья.

Самый простой – способ многократной зарядки малым током с перерывами между зарядками. К концу первого и последующих зарядов напряжение на аккумуляторе повышается, и он перестает воспринимать заряд. За время перерыва электродные потенциалы на поверхности и в глубине активной массы пластин выравниваются, при этом более плотный электролит из пор пластин диффундирует в межэлектродное пространство и снижает напряжение на аккумуляторе во время перерывов.

В процессе циклического заряда, по мере набора аккумулятором ёмкости, плотность электролита повышается. Когда плотность станет нормальной для данного типа аккумулятора, а напряжение на одной секции достигнет 2,5–2,7 В, заряд прекращают.

Режимы многократной зарядки

Режимы многократной зарядки могут быть такими: зарядный ток – 0,04—0,06 номинальной емкости; время первого и последующих зарядов – 6–8 часов; время перерыва между зарядами – 8—16 часов; количество циклов (заряд-перерыв) – 4–6 часов.

J_зар = 0,04 + 0,06C_н.

Данный способ отличается высокой эффективностью и оперативностью (аккумулятор восстанавливается менее чем за час).

Разряженный аккумулятор предварительно заряжают. Из заряженного аккумулятора сливают электролит и промывают 2–3 раза водой. В промытый аккумулятор заливают аммиачный раствор трилона Б (этилендиаминтетра-уксусно-кислого натрия), содержащий 2 % трилона Б и 5 % аммиака. Время десульфатации раствором составит 40–60 мин.

Процесс десульфатации сопровождается выделением газа и возникновением на поверхности раствора мелких брызг. Прекращение газовыделения свидетельствует о завершении процесса. При сильной сульфатации обработку раствором следует повторить. После обработки аккумулятор промывают не менее 2–3 раз дистиллированной водой, затем заполняют электролитом нормальной плотности.

Залитый аккумулятор заряжают зарядным током до номинальной ёмкости согласно рекомендациям в паспорте (инструкции по эксплуатации).

По вопросу приготовления раствора необходимо обратиться на предприятия, имеющие химические лаборатории. Раствор следует хранить в затемненном месте в сосуде с герметической крышкой во избежание испарения аммиака.

2.3. Лучшие зарядные устройства к аккумуляторам

Преимущества интеллектуального зарядного устройства перед обычным таковы:

1. Позволяет найти «слабое звено» в комплекте аккумуляторов. Нередко случается, что в устройстве (к примеру, фотовспышке) используется несколько элементов питания. В этом случае мощность комплекта ограничена худшим из них. Таким образом, очень важно, чтобы весь комплект был сбалансирован.

В зарядном устройстве La Crosse ВС-700 или Maha С9000 на экране в цифровом виде можно увидеть реальную емкость и напряжение после заряда. Именно поэтому не рекомендую устанавливать в один источник питания аккумуляторы разной энергоемкости или одинаковой энергоемкости, но приобретенные в разные годы и даже месяцы – емкость у них из-за времени эксплуатации будет различной.

Кроме того, можно посмотреть – как держится напряжение аккумулятора под нагрузкой (Maha С9000 позволяет разряжать током 1000 мА, La Crosse ВС-700 током 350 мА), этот показатель очень важен в энергоемких устройствах.

2. Цикл восстановления. Рекомендуется запускать цикл восстановления раз в 1–2 месяца, чтобы устранить «эффект памяти» (снижение емкости) аккумуляторов.

3. Нет перезаряда. Обычные зарядные устройства не контролируют время окончания заряда, таким образом, они продолжают заряжать батарею даже, когда она уже заряжена, это приводит к деградации электролита и снижению емкости аккумулятора. Интеллектуальное зарядное устройство постоянно контролирует напряжение и в случае его падения (при полном заряде) останавливает процесс.

4. Возможность указать ток заряда. Можно выбрать быструю зарядку или более бережную – медленную.

5. Возможность заряжать полными циклами. Сначала устройство разряжает, а потом полностью заряжает аккумулятор таким образом устраняется «эффект памяти».

6. Независимый заряд каждого аккумулятора. Зарядное устройство работает с каждой батареей отдельно, останавливает процесс заряда-заряда, восстанавливает, тестирует каждый аккумулятор индивидуально.

К примеру, в США продаются модели ВС-700, ВС-9009, ВС-1000. Во Франции – RS-700, RS-1000. В Германии – Technoline ВС-700, ВС-900, ВС-1000.

Устройства, продаваемые в США, могут работать с напряжением 220 В, поэтому для включения достаточно иметь переходник, ориентированный на евророзетку. Для устройств из Франции и Германии переходники не требуются.

Отличия между La Crosse RS-700, La Crosse BC-700, Technoline ВС-700 практически не заметны. Тем не менее, второстепенные отличия таковы: RS-700, ВС-700 упакованы в блистеры, Technoline ВС-700 в картонную коробку.

Функциональных отличий между моделями RS-1000, ВС-9009, ВС-1000, Teclmoline ВС-900, Technoline ВС-1000 в особенностях комплектации: в Technoline ВС-900/ ВС-1000 отсутствуют аккумуляторы ААА.

Зарядные устройства моделей ВС-9009 и ВС-900 сняты с производства. На смену пришла модернизированная версия ВС-1000 с обновленной элементной базой и прошивкой.

Для зарядки аккумуляторов формата АА/ААА обычно используются модели Maha С9000 или La Crosse ВС-700 (ВС-900, ВС-9009, ВС-1000).

Сравним их функциональные особенности.

Оба зарядных устройства могут работать со всеми Ni-MH или Ni-Cd аккумуляторами АА/ААА. Оба имеют по четыре независимых канала.

Токи заряда Maha С9000 — можно выбрать токи заряда 200/500/700/1000/1800 мА; токи 1000/1800 мА доступны только в моделях ВС-900, 9009,1000. Ограничение: 1800 мА в случае заряда не более 2-х аккумуляторов.

Токи разряда La Crosse ВС– 700 – можно выбрать следующие 100/250/350/500 мА. При этом ток 500 мА доступен только в моделях В ВС-900, 9009,1000. В Maha С9000 от 100—1000 мАс шагом 100.

В устройствах Maha С9000 и La Crosse ВС-700 есть режим тестирования аккумуляторов; он позволяет узнать максимальную доступную емкость.

К примеру, в ЗУ Maha С9000 он реализован более правильно на наш взгляд. В La Crosse максимальная емкость определяется переданным количеством тока аккумулятору в процессе зарядки. В Maha же, наоборот, количеством полученного тока в процессе разряда (предварительно происходит полный заряд).

Случаются ситуации, когда La Crosse не может определить конец цикла зарядки (обычно на некачественных китайских аккумуляторах) и показывает завышенную емкость. С Maha такое случиться не может в принципе.

Различие в режимах восстановления аккумуляторов. В ЗУ производства La Crosse данный режим называется REFRESH в Maha С9000 BREAK-IN.

Принцип работы режима в моделях производства La Crosse следующий: происходит несколько циклов заряд-разряд до тех пор, пока емкость не перестанет увеличиваться. Иногда требуется запустить восстановление повторно, если результат не устраивает.

В Maha вы выбираете номинальную емкость, и устройство проводит 16-часовую зарядку током 0.1 С (10 % от емкости), разрядку током 0.2 С и снова зарядку током 0.1 С. Этот режим соответствует так называемому международному ГОСТу по работе с аккумуляторами (IEC). Кроме того, у производителя Maha есть режим CYCLE, который является аналогом режима REFRESH в La Crosse с отличием в том, что количество циклов нужно выбрать самостоятельно, и после окончания работы вы можете посмотреть результаты каждого цикла.

Определение времени окончания заряда. В Maha используется Inflexion метод определения окончания заряда, в La Crosse – dV. На текущий день Inflexion метод считается наиболее точным.

Технические особенности. Устройства отличаются количеством термодатчиков, в La Crosse их два, в Maha С9000 – четыре – по одному на каждый канал. Защита от перегрева в Maha более продвинутая за счет размера самого устройства – аккумуляторы расположены не так плотно, как в La Crosse, поэтому нагрев меньше и есть возможность заряжать током 2000 мА сразу 4 штуки.

Рис. 2.3. Интеллектуальные ЗУ Maha и La Crosse

Рис. 2.4. Отечественное ЗУ производства «Космос»

Размеры ЗУ: Maha С9000 – 165/110/45 мм; La Crosse ВС – 130/75/35 мм.

Подсветка экрана есть в Maha С9000 и отсутствует в La Crosse ВС. На рис. 2.3 представлен внешний вид интеллектуальных ЗУ Maha и La Crosse. На рис. 2.4 для сравнения представлен внешний вид отечественного ЗУ производства «Космос»

С9000 считается наиболее продвинутым зарядным устройством в США и Европе. По стоимости Maha проигрывает своему конкуренту La Crosse ВС-700, поэтому в условиях кризиса мы советуем покушать модель ВС-700.

Модели ВС-900/9009/1000 безусловно выигрывают по комплектации (сумочка, переходники, аккумуляторы). Но также верно и то, что если нет ограничения по финансам и вам не нужна сумочка, мы рекомендуем купить Maha С9000 + отдельно японские аккумуляторы с низким саморазрядом Eneloop и при необходимости переходники.

На ЗУ La Crosse ВС-9009, к сожалению, есть много претензий, связанных с перегревом аккумуляторов и даже возгоранием. Не рекомендуют ставить большие токи зарядки. С La Crosse ВС-1000 (модернизированная версия ВС-9009) пока таких случаев выявлено не было, но возможно это связано с тем, что устройство вышло на рынок недавно, и мало кто успел его купить.

Что касается ВС-700, то ЗУ проверено временем, его мы можем рекомендовать как наиболее оптимальный вариант для покупки, так как единственное отличие от старших моделей – это ограничение максимального тока зарядки 700 мА. Этот уровень является средним между быстрой зарядкой и медленной.

К слову, не каждый аккумулятор можно заряжать высокими токами, например большинство китайских могут испортиться на высоком токе заряда, в то время как для качественных японских Eneloop («энелуп») это благоприятно скажется на последующей токоотдаче при нагрузках.

Maha С9000, пожалуй, лучшее зарядное устройство на текущий момент в мире; выпускается американской компанией Maha ENERGY на заводе в Тайване. По стоимости оно проигрывает своему конкуренту La Crosse ВС-700, поэтому в условиях кризиса мы советуем покупать модель La Crosse ВС-700. Если нет ограничения по финансам, лучше купить Maha С9000. Основное преимущество перед 700 моделью это возможность указать токи зарядки/разрядки с шагом 100 мА, вплоть до 2000 мА. Другое отличие – режим восстановления работает по иному алгоритму в сравнении с La Crosse.

Оба режима восстановления аккумуляторов достаточно эффективны, несмотря на разные подходы производителей. Зарядное устройство La Crosse ВС-700 имеет напряжение на выходе устройства при отключенном аккумуляторе не более 25 В, и ток заряда 135… 165 мА, а также защиту от короткого замыкания на выходе.

2.4. Восстановление аккумуляторов

В наш век доступности в продаже запасных аккумуляторов этот вопрос может показаться избыточным. Но с учетом того, что цена на новую АКБ к шуруповерту может достигать полутора тысяч рублей, равно как и того, что почти все фирмы производители шуруповертов предпочитают создавать собственные разработки формы и корпуса АКБ, приведенные далее рекомендации по восстановлению работоспособности аккумуляторной дрели, окажутся полезны.

Итак, шуруповерт после 2…3-х лет исправной работы перестал вас удовлетворять – быстро заканчивается заряд АКБ, приходится часто ее подзаряжать, а для этого прерывать работу с дрелью. Тогда потребуется реанимировать старую АКБ с помощью другой, подчас еще более старой.

Для реанимации потребуется другой аккумулятор, возможно, от другого шуруповерта. Поскольку внутреннее строение АКБ у большинства портативных шуруповертов идентично – они состоят из отдельных Ni-Cd элементов с номинальным напряжением 1,2 В каждый и энергоемкостью 1200–1500 мА/ч – то и не важно – какая модель и марка шуруповерта имеется в наличии – все равно АКБ придется разбирать.

Взаимозаменяемыми являются аккумуляторы с примерно одинаковым значением энергоемкости – написано на корпусе аккумулятора. При выборе замены главное значение имеют тип аккумуляторного элемента, энергоемкость, номинальное напряжение (в нашем случае это Ni-Cd, 1300 мА/ч и 1,2 В соответственно).

Для составления практических рекомендаций я разобрал аккумуляторы электродрелей немецких фирм DWT ABS-12 и Hammer ACD120A – оба с номинальным напряжением 12 В. Шуруповерт DWT был отставлен мной 2 года назад по причине явной потери энергоемкости штатной АКБ. Взамен тогда же был приобретен шуруповерт Hammer ACD120A, аккумулятора которого хватило аккурат на два года. Иллюстрация разобранных АКБ представлена на рис. 2.5.

Итак, после разборки корпусов АКБ выяснилось, что аккумуляторные элементы китайской фирмы Yang Guang сопоставимы с аккумуляторами Ниапуи.

Если суммарное напряжение аккумуляторной батареи 12 В, соответственно в ней находятся 10 последовательно соединенных аккумуляторных элементов с номинальным напряжением 1,2 В. В других случаях, к примеру, 9,6 В или 14,4 В, количество таких «встроенных» элементов-бочонков будет другим.

Рис. 2.5. Разобранные корпуса АКБ шуруповертов DWT и Hammer

После зарядки аккумулятора и последующей разборки его корпуса определяем неисправный элемент – с помощью тестера (в данном случае применяю популярный цифровой тестер М830).

Этот этап иллюстрирует рис. 2.6. Предварительно заряженный элемент в батарее аккумуляторов на своих полюсах покажет напряжение близкое к номинальному, то есть к напряжению 1,2 В. Незаряженная предварительно АКБ – другое напряжение. Но даже в одной цепи последовательно соединенных АКБ можно выявить элементы, которые «держат заряд» и те, что «полностью скисли» (разница потенциалов на них близка к О В).

Таким образом, путем последовательного измерения напряжения на каждом аккумуляторном элементе и (при наличии соответствующих приборов) его внутреннего сопротивления, легко выявить аккумуляторы, негодные для дальнейшего использования. Чем больший разброс по напряжению на элементах, тем хуже качество всей АКБ.

При реанимации АКБ я оставляю для дальнейшей эксплуатации те элементы, напряжение которых составляет 1+20 % В. Остальные отбраковываю и выбрасываю. На место неисправных элементов, или лучше сказать – потерявших энергоемкость – подключаю максимально «сохранившиеся» элементы из другой АКБ.

Следующим шагом с помощью бокорезов или кусачек снимаем металлические перемычки между элементами, удаляя элемент, потерявший емкость. Затем на его место устанавливаем старый, но пригодный элемент из другой партии (АКБ) – рис. 2.7.

Рис. 2.6. Определение неисправного элемента тестером

Рис. 2.7. Разрыв цепи аккумуляторных элементов

Рис. 2.8. Паяльная кислота

Чтобы припаять перемычку к «новому-старому» (заменяемому) элементу потребуется паяльник мощностью не менее 40 Вт и паяльная кислота (рис. 2.8).

Обычным припоем типа ПОС-61 и канифолью здесь не обойтись; пайка нарушается при сгибе перемычки. А с помощью паяльной кислоты можно достичь большей надежности и хорошо облудить контакты перед пайкой перемычки (рис. 2.9).

Рис. 2.9. Хорошо облуженный контакт

Рис. 2.10. Собранная и реанимированная «новая-старая» батарея для шуруповерта

После замены всех выявленных потерявших емкость элементов, собираю в обратной последовательности корпус АКБ для шуруповерта. Внешний вид после окончательной сборки представлен на рис. 2.10.

Теперь восстановленная АКБ обеспечит качественную работу шуруповерта еще на 1–2 года.

Таким же методом можно восстанавливать АКБ для портативных радиостанций, к примеру, я также восстановил аккумуляторный бокс для рации Icom V8, состоящий из девяти Ni-Cd элементов типоразмера АА и номинальным напряжением 1,2 В – просто заменив элементы, потерявшие емкость, на новые, только что приобретенные пальчиковые аккумуляторы. Благодаря этому АКБ

ΒΡ-207Ν не пришлось выбрасывать (новая стоит более тысячи рублей).

В данном случае такая экономия оправдана с учетом того, что в соответствии с вышеприведенными рекомендациями затрачивается незначительное время на реанимацию (восстановление) – всего 30–40 минут.

Одна из основных причин потери емкости и, как следствие, неисправности аккумулятора (аккумуляторного элемента) – сульфитация или окисление внутри элемента. Все это приводит к нарушению (оксилению) контакта внутри элемента, увеличению его внутреннего сопротивления, и, как следствие к негодности последнего для использования в шуруповерте. Такую неисправность можно выявить даже визуально на этапе разборки корпуса АКБ шуруповерта. Кроме того, хорошая АКБ при зарядке нагревается незначительно (до 30 °C), а потерявшая емкость – весьма заметно на ощупь – до 50…60 °C.

В старом, видавшем виды аккумуляторе неисправных элементов может быть сразу несколько. При обследовании лежавшего без применения два года аккумулятора к DWT, негодной оказалось добрая половина элементов.

После операции отсева годные аккумуляторные элементы можно сохранить для будущих реанимационных действий.