Эту статью я пишу как для себя, так и для кого-то, кто задается вопросом — Как правильно заряжать свинцово-кислотный аккумулятор? Этот вопрос я задавал себе постоянно, и конкретного ответа не мог найти сразу. Лишь после долгого изучения этого вопроса, просмотра разных видео, прочтении старых учебников и большинства разных комментариев, а также по своим наблюдениям и зарядкам нескольких аккумуляторов в течении 2 лет, я для себя всё таки понял, как правильно нужно заряжать его.

Устройство и конструкция аккумулятора

Прежде чем заряжать, нужно понять, что такое аккумулятор и как он устроен, а также его характеристики. Это электрохимический источник постоянного тока, работа его заключается в периодическом накоплении энергии (заряд) и в отдаче (разряде).

Свинцовый аккумулятор уже на протяжении долгого времени выпускается по одной и той-же технологии. За небольшим исключением некоторых моментов, но которые вносят свои коррективы в зарядку его. Конструкция аккумулятора состоит из следующих элементов:

• Свинцовые решетки,
• Активная масса,
• Сепараторы,
• Кислотный электролит, содержащий серную кислоту.

Изначально практически все решётки изготавливались из сплава свинца с сурьмой. И назывались они сурьмянистые. Сейчас же сурьму заменили на кальций, тем самым увеличили износостойкость самих решеток, а также ушли от разложения воды на кислород и водород, тем самым сделали их «необслуживаемыми» (вода не испаряется, и не нужно её доливать). Но это привело к другим последствиям, о них ниже. Более подробнее о конструкции можно почитать в литературе. Один из таких старых учебников, я прикладываю к этой статье в формате DJVu.

Уровни напряжения и тока для аккумулятора

Выложу чтобы всегда были на виду уровни напряжения рабочего аккумулятора.

• Напряжение ниже которого нельзя разряжать аккумулятор — 10,8 Вольт. (В одном из источников для кальциевой батареи PbCa - ниже 11,7В нельзя разряжать - начинаются необратимые процессы)
• Напряжение выше которого нельзя заряжать нормальный аккумулятор — 14,4 Вольт. (2,4В на банку)
• Ток заряда аккумулятора не должен превышать — 1/10 Ампер от емкости аккумулятора.
• Время заряда исправного аккумулятора — 8-10 часов.

Эти параметры для современных исправных аккумуляторов, как свинцовых Pb, так свинцово-кальциевых PbCa

В старой литературе же говорится про напряжения: максимальное напряжение зарядки на банку 2,7В, минимальное напряжения разряда банки 1,7В. Об этом позже, про восстановление АКБ эти значения еще всплывут.

Зарядка исправного аккумулятора

Для зарядки автомобильного аккумулятора я использую старое зарядное устройство с платой регулировки напряжения и тока. Только сейчас отличается подключение вольтметра. Раньше питание цифрового вольтметра было подключено к выходным клеймам платы регулировки, а позже я питание подключил (красный провод) к выходу с диодного моста или на вход платы регулировки.

Для чего это сделано? Для того, чтобы можно было выставить ограничение по току, через «короткое замыкание».

Первое, если зарядка происходит зимой, а это обычно так и происходит, так как в теплое время года большинство не измеряют напряжение аккумулятора, крутит - значит заряжен, нужно отогреть АКБ до комнатной температуры, это 2-3 часа ему нужно «отогреться» при комнатной температуре.

Второе выставить напряжение холостого хода (без подключения аккумулятора) равное 14,4 Вольта

Третье, установить ограничение тока на минимум, замкнуть «крокодилы» накоротко и выставит ток по амперметру равным 1/10 от емкости АКБ (т.е. если аккумулятор 40 А/ч, то ток нужно выставить 4А).

Четвертое, подключить аккумулятор и заряжать 8-10 часов, наблюдая за показателями напряжения и тока. А также следить, что не было бурного кипения.

Важно

Сурьмянистые аккумуляторы кипят практически всегда, кальциевые практически не кипят, только выделяются пузырьки. Интенсивное выделение, свидетельствует о неправильной зарядке или выходе из строя одной из банок.

Контроль в процессе зарядки

Во время зарядки исправного аккумулятора происходят следующие процессы. Вначале зарядки, напряжение на клеймах аккумулятора растет, при относительно постоянном токе. Затем напряжение становится равным 14,4Вольта, следующим этапом начинает падать ток заряда. По истечении 8-10 часов, ток заряда может составлять 1/100 А от емкости АКБ.

По истечении 8-10 часов, когда аккумулятор полностью заряжен, запускается новый электрохимический процесс — гидролиз. Простым языком это кипение аккумулятора. При этом процессе, происходить интенсивное кипение электролита, на электродах происходит процесс разложения воды на водород и кислород. А также образовании «накипи» на свинцовых пластинах которая тоже снижает характеристики аккумулятора. Разложение воды на водород и кислород, помимо испарения самого электролита негативно влияет на сами пластины. Если водород просто улетучиваясь в проветриваемом помещении не причиняет проблем, то кислород окисляет пластины, тем самым разрушая их. И чем кипение интенсивнее, тем больше проблем оно доставляет. Так же при сильном кипении, происходит разрушение обмазки, которая превращаясь в шлам загрязняет электролит, и может даже послужить коротким замыканием между пластинами + и -. Поэтому и нельзя перезаряжать аккумулятор, даже малыми токами. Лучше не дозарядить.

Если в этом процессе какие то отклонения, то значит АКБ сильно за сульфатирован или не исправен. Физические повреждения практически не возможно исправить (хотя раньше и менялись даже пластины), сейчас это не целесообразно. Сульфатация это естественный процесс работы аккумулятора и с ним можно попробовать восстановить АКБ. Но нужно применять другую методику заряда, о которой ниже.

Восстановление аккумулятора

Из-за того, что часто мы эксплуатируем аккумуляторы 3-4 года, не подзаряжая его стационарным зарядным устройством, то на 3-4 зиму в одно из морозных утр, он отказывается крутить мотор, мы или «прикуриваем», в лучшем случае несем домой и заряжаем, как написано выше, но часто через 2-5 дней идем в магазин за новым. Этого можно избежать, если его заряжать стационарным ЗУ несколько раз в год, контролируя напряжения на клеймах АКБ в покое.

После нескольких сезонов эксплуатации аккумулятора без подзарядки стационарным ЗУ, происходит следующее: Из-за разряда, происходит сульфатация, на кальциевом, сульфат свинца более стойкий и при зарядке его генератором автомобиля не происходить полный переход его обратно в электролит. Тем самым, кристаллы постоянно нарастают на пластинах и уменьшаются характеристики аккумулятора. Так 40 А/ч со временем превращается в 20 А/ч, а очередная зима при минусовых температурах уменьшает емкость еще в два раза, тем самым не давая прокрутить стартер холодного двигателя. И даже обычная зарядка 8-10 часов, уже не спасает, так как за один цикл сульфат свинца не переходит в электролит, а кристаллами остается на пластинах. Особенно это касается кальциевых аккумуляторов, так как из-за того, что свинец легирован 0,1% кальция, кристаллы сульфат кальция более стойкие.

Но можно попытаться восстановить такие аккумуляторы, если физически они целые, а своих характеристик не могут достичь из-за сульфатации. Рассмотрим восстановление кальциевого аккумулятора, так как в процессе его работы не происходит потеря электролита, а его пластины более устойчивы к естественным разрушениям.

Метод восстановления кальциевого PbCa аккумулятора

Метод заключается в том, что при зарядке используется повышение напряжение 16,2 В, это 2,7 Вольта на банку.

Важно, это не допустимое напряжение для нормальной зарядки, его мы повышаем лишь для того, чтобы попытаться восстановить аккумулятор, который потерял свои первоначальные характеристики. Нормальное напряжение зарядки исправного кальциевого аккумулятора должно быть не выше 14,4 Вольта.

1. Устанавливаем напряжения холостого хода на зарядном устройстве равным 16,2 В.
2. Устанавливаем ток заряда 1/20 от емкости аккумулятора, (для 40 А/ч, ток заряда 2 А).
3. Подключаем аккумулятор к зарядному, и заряжаем 20 часов. Контролируя процесс, не должно быть бурного кипения, иначе это говорить о неисправности пластин, и такой аккумулятор не получится восстановить)

В чем процесс восстановления? В том, что повышая напряжение на батареи, мы запускаем процесс гидролиза, аккумулятор начинает «кипеть», в следствии чего интенсивно перемешивается электролит омывая и растворяя кристаллы сульфата свинца, которые растворяясь переходят в электролит. А ограничение по току в 1/20 делает этот процесс более медленным, не давая аккумулятору нагреваться и не дает разлагать воду на водород и кислород, который окисляет пластины. Можно и еще уменьшить ток, но тогда процесс будет слишком длительным. 1/20 это оптимальный ток.

После 20 часов зарядки в таком режиме. Нужно разрядить аккумулятор до напряжения 10,5 В под нагрузкой (именно 10,5, не ниже, иначе, опять образуется не удаляемый сульфат свинца). Для этого нужно взять нагрузку равную 1/20 силы тока от ёмкости самого аккумулятора.

Так для 40 А/ч нужно взять нагрузку, чтобы она потребляла ток 2 А. Это 40/20=2А. При усредненном напряжении 12В. Мощность нагрузки рассчитывается как P=U*I (мощность = напряжение умножить на силу тока). 12В*2А=24Вт. Нужно взять лампочку или несколько, чтобы получить 24 Вт. При параллельном подключении ламп, мощность суммируется. Понадобится 5 ламп по 5ватт каждая подключить параллельно к аккумулятору и измеряя напряжение на клеймах аккумулятора, ждать когда оно упадет до 10,5 Вольт именно, под нагрузкой.

Нужно замерить время за которое заряженный аккумулятор разрядится до напряжения 10,5 Вольт под нагрузкой. Зная это время можно посчитать реальную емкость аккумулятора. Так если мы разряжали нагрузкой 25 Ватт, это 2,08 Ампера. Допустим аккумулятор разрядился за 5 часов до напряжения 10,5В. Тогда 2,08 Ампера умножаем на 5 часов и получаем 10,4 А/ч, это и будет реальная емкость, что составляет 38% от его нормально рабочих параметров.

Затем нужно снова зарядить 20 часовым зарядным током и напряжением 16,2 В. И снова разрядить замеряя время. И так проделать несколько раз, до того момента когда время разряда перестанет увеличиваться. Это и будет восстановленная емкость от его первоначальных характеристик. Такой процесс называется КТЦ — контрольно-тренировочный цикл.

КТЦ — это операция, позволяющая в большинстве случаев восстановить работоспособность подержанных и сильно разряженных аккумуляторов АКБ, а также определить их пригодность к дальнейшей эксплуатации. КТЦ включает в себя полный заряд, контрольный разряд и повторный заряд АКБ.

Затем его нужно разрядить и уже зарядить нормальным напряжением 14,4В и зарядным током 1/10 от емкости.

И после этого аккумулятор можно эксплуатировать, если его процент и реальная емкость будет в пределах нормы, чтобы запустить двигатель автомобиля.

Метод восстановления сурьмянистого Pb аккумулятора

Восстановление простого сурьмянистого (обслуживаемого) аккумулятора не много отличается, так как необходимо еще и контролировать уровень и плотность электролита. Так как в процессе эксплуатации в нем разлагается вода. Но это нормальный его рабочий процесс. Так как у него процесс гидролиза начинается при низких напряжениях чем у кальциевого (необслуживаемого).

Моменты которые необходимо знать

1. Недопустимо оставлять на морозе разряженную батарею. Электролит низкой плотности замерзнет, и кристаллы льда приведут ее в негодность. При плотности электролита 1,2 г/см³ и ниже (это разряд батареи более чем на 60% ) температура замерзания электролита составляет около -20°С. А если плотность снизиться до 1,09 г/см³, что приведет к его замерзанию уже при температуре -7°С. Для сравнения — электролит плотностью 1.28 г/см³ замерзает при t=-65°С.
2. Средний срок службы современных АКБ при условии соблюдения правил эксплуатации — а это недопущение глубоких разрядов и перезарядов, в том числе по вине регулятора напряжения — составляет 4-5 лет (но можно и больше при правильном обслуживании).
3. Перед длительной зимней стоянкой также обслужите батарею, но не храните ее в теплом помещении, а оставьте на автомобиле со снятыми клеммами. Чем ниже температура, тем меньше скорость ее саморазряда.
4. Контролировать заряд аккумулятора нужно по напряжению на его клеймах или плотности электролита.
5. «Глазок» для контроля нельзя использовать, так как он меняет цвет в зависимости от плотности и имеет большую погрешность. Так при напряжении до 11 Вольт, глазок будет «светиться» зеленым, в летнее время при таком напряжении даже можно заводить мотор, но такой аккумулятор требует срочной зарядки, так как в нем начинаются процессы сульфатации.
6. Малый ток заряда также вреден. Заряд менее 1/20 от емкости также не идет на пользу. Слабый ток не зарядит весь объем намазки электрода, а лишь его самый верхний слой. После чего подымится напряжение до 14В и выше, сигнализируя о конце заряда. Начнется электролиз воды. Продолжать заряжать такой АКБ малым током нельзя, так как будет происходить пассивация электродов — пластины потеряют способность принимать нормальные токи заряда.

Лучший способ зарядки аккумулятора

Безусловно оптимальный зарядный ток должен быть 1/10 от паспортной емкости аккумулятора. Но в процессе зарядки, происходит следующее, ток постепенно падает, а напряжение растет, так как в аккумуляторе происходят химические процессы. Оптимально вести зарядку батареи импульсами. Для этого можно простое зарядное устройство включить через таймер времени в капельном режиме заряда:

• после кратковременной подачи тока (10-30 сек),
• отключение ЗУ на время (10 сек),
• затем опять включение и снова отключение.

Таким образом выдерживается большинство правил при зарядке аккумулятора. Заряд идет сильным током, преждевременно не поднимается напряжение, в момент отключения ЗУ батарея «усваивает» химическими процессами полученный заряд, напряжение не поднимается слишком быстро, процесс «кипения» воды не происходит. Ток заряда даже можно поднят больше чем 1/10, так для аккумулятора 40 А/ч, ток можно поднять до 5-7А, а для 60 А/ч, до 7-9 Ампер. Это будет лучше для пластин.

Зарядку можно подключить через электронный таймер включения-выключения розетки, либо подавать заряд через самодельный мультивибратор «моргалку». Простейшая моргалка делается из реле поворотов. Время включения и отключения настраивается опытным путем, исходя из характеристик зарядного устройства и аккумулятора.

Описание реле времени на NE555 можно почитать в этом источнике.

Видео как восстановить аккумулятор

Данное видео мне помогло понять, как правильно заряжать аккумулятор. Оно из двух частей и большое. Но зато там всё рассказано, чтобы понять принцип заряда и работы аккумулятора. Я его рекомендую к просмотру. Автор очень подробно и доходчиво всё объясняет.

«Заметки на полях» — информация из разных источников

Промывка дистиллированной водой

Современный аккумулятор нет смысла промывать дистиллированной водой — чтобы удалить шлам и исключить закорачивание пластин. Так как в современных аккумуляторах сепараторы выполнены в виде конвертов, и шлам остается в них. В связи с этим нет шламовых колодцев, а пластины доходят почти до низа банки. Таким образом, промывка его не к чему не приведет, а проблем добавит.

Замена электролита на чистый и новый

В некоторых источниках можно встретить рекомендацию заменить старый электролит, на новый плотностью 1,28. Этот совет тоже не совсем корректный. Так как если в банках разная плотность, это говорить о том, что в разных банках, разная сульфатация. Чем меньше плотность, тем больше пластины за сульфатированы. Сульфат свинца с увеличением плотности электролита меньше переходит в сам электролит и кристаллы его так и не растворяются. Поэтому процесс восстановления нужно проводить на его родном электролите, чтобы тот сульфат свинца которые перешел из электролита, обратно в него перешел, как серная кислота. Это нормальный химический процесс — окислительно-восстановительный. Заменяя электролит свежим с высокой плотностью, мы только увеличиваем количество кристаллов сульфата которое можно получить.

Что убивает кальциевые аккумуляторы, и убивает ли?

Попалась очень хорошая статья на Хабре, о которой я прочитал позже своей. В нем доходчиво объяснено, как следует заряжать кальциевый аккумулятор, и почему необходимо его дозаряжать 16,2 вольтами. А так же, о деградации его емкости при КТЦ его 14,4 вольтами.

Из статьи для себя вычитал оптимальную схему зарядки кальциевого аккумулятора:

• Первый этап заряда — до падения тока ниже 100 мА при напряжении 14.7 В.
• Второй этап — до 16.2 В током 1/30 номинальной ёмкости (для 60 А*ч это 2 ампера) до неснижения тока в течение 2 часов.