Разница между AGM, EFB и обычными аккумулятороми
Преимущества и недостатки EFB и AGM аккумуляторов перед обычным.
Конструктивная разница EFB и AGM
EFB (Enhanced Flooded Battery), переводится как: улучшенные затопленные батареи. Это обычная батарея при производстве которой использовали лучшие материалы и качество сборки доступное на заводе. EFB это маркетинговое название, для него нет единого стандарта которому должны следовать произвоидтели как с AGM. Поэтому EFB правильно переводить как: лучшие или незначительно улучшенные обычные электролитные батареи выпускаемые на «этом» заводе. AGM (Absorbent Glass Mat), переводится как: Абсорбирующий стеклянный мат. Многие ошибочно считают, что AGM это сухие батареи или даже гелевые. Бытовое объяснение: внутри специальные изолированные стекловолоконные маты/пластины (сепараторы в пакетах), которые как губки держат в себе все тот же традиционный электролит. Но электролита так мало, что он скорее содержится внутри в виде паров и редко выпадает в осадок.
Недостатки EFB
Надпись «EFB»: 1. Не гарантирует, что его можно ставить в качестве тягового АКБ; 2. Не гарантирует долгую и адекватную работу с технологией Start-Stop; 2. Не гарантирует существенное превосходство в объеме Ач, пусковом токе, ресурсе, стойкость к морозам/перегревам и т.д. перед обычными АКБ; Надпись «EFB» только гарантирует, что данный АКБ лучше других обычных выпускаемых на заводе. На сколько лучше — решает сам завод и его маркетинговый отдел. Внутри АКБ может быть тем же обычным с одной линии производства, просто получил лучшую оценку в результатах тестирования по итогу производства и за это его одевают в красивую упаковку и ставят надписью EFB. Изначально EFB придумали, чтобы подчеркнуть, что этот АКБ лучше подходит для дорогих машин: гибриды и/или оборудованных системой Start-Stop, лучше выдерживают перегревы. И если на самом АКБ указано, что подходит для Start-Stop систем, значит данный АКБ действительно производился с расчетом на эту функцию, а также обладает повышенной способностью быстро заряжаться и давать достаточно высокий пуской ток при низком заряде батареи
Преимущества EFB перед обычными
Ниже описанные преимущества относятся только к честным и зарекомендовавшим себя производителям АКБ. Практическое преимущество перед обычным/стандартным АКБ*: 1. Двойной ресурс: кол-во циклов заряд-разряд (включая глубокие). А значит и типичный срок службы таких АКБ в обычном автомобиле может составлять до 6-8 лет, вместо 3-4; 2. До 30% быстрее заряжается (важно для гибридов и вебаст). Ампераж зарядного устройства может составлять 13% от ёмкости; 3. Стойкость к перегревам, что важно в гибридных автомобилях и системах с Start-Stop, которые постоянно нагружают АКБ; 4. Увеличен пусковой ток, особенно при -18℃ (тестовая температура); 5. Усилена конструкция: защита от повреждений и вибраций; Опционально: 6. Дополнительная защита от утечки/испарения электролита (на случай повреждения батареи); 7. Увеличена ёмкость до 15% при тех же размерах; 8. Пламегаситель; Технологическое преимущество: 1. Более толстые пластины или наоборот тоньше, но их кол-во увеличено в тех же размерах. Как следствие EFB АКБ тяжелее обычного; 2. В АКБ использовано меньше вторичных материалов, металл чище; 3. Электролит более высокого качества; 4. Более качественная сборка, крепкий и морозостойкий пластик, дополнительная изоляция и защитные пленки; 5. Незначительные фирменные ноу-хау (патенты);
Преимущества AGM над EFB и обычным аккумулятором
Практическое преимущество перед EFB: 1. На 50% больше ресурс при постоянных нагрузках: заряд-разряд, срок службы. При правильном подключении (не выше 14.7В, контроллер заряда) и соблюдении уличных температур -30. +40℃. А перед обычной батареей преимущество в 3 раза; 2. Зарядка в 2 раза быстрее. Отлично подходит для дизельных а/м с вебастой, Start-Stop и частыми короткими поездками в городе. В гибридных автомобилях с рекуперацией также активно применяется, но обычно с дополнительным охлаждением на случай жары. Но чтобы получить преимущество от быстрой зарядке нужен и достаточно мощный генератор. Если обычную батарею на 60 Ач безопасно заряжать при 6А, то EFB можно на 7.5А (теоретически), а AGM до 12А. 3. Пусковой ток ещё выше и он более стабилен при -18℃ даже на разряженном АКБ; 4. Пламегаситель и защита от утечки электролитов (и газов) является стандартом для AGM. Технологическое преимущество: 1. Герметичность и безопасность: в случае перегрева из него выходят газы электролита, а в случае повреждения внешнего корпуса из него не вытечет электролит, но внутри начнется окисление и быстрое старение ресурса.
2. AGM батарея спокойно и безопасно может работать будучи лежа на боку, по этой причине их используют в технике для экстремального спорта
Недостаток AGM АКБ
1. Для AGM нужен ограничитель по заряду и правильный контроллер. Если просто поменять обычную/EFB батарею на AGM то она уже через год придет в негодность. Заряд должен быть не более 14.7В* (при 14.8 уже деградация). Контроллер (например IBS датчик на клемме) должен правильно определять температуру АКБ (можно заряжать не выше 55С) и правильно ёмкость. 2. При температурах ниже −30°С если заряд AGM меньше 30% то электролит кристаллизуется повреждая АКБ неся серьёзный износ; 3. Зарядка при температуре батареи выше +55°С — губительна. Это одна из причин по которой AGM аккумуляторы предпочитают устанавливать в багажнике, где он не перегревается от горячего мотора; 4. Вес; 5. Ёмкость EFB батареи при тех же размерах обычно на 10% больше; 6. Цена; 7. Обычная зарядная станция губительная для этого АКБ, нужна специальная с контроллером для AGM заряда (у большинства зарядчиков она схоже с зарядкой гелевых и ограничена в 14.1В (заряд для гелевых АКБ), но считается что так восстанавливается ёмкость АКБ)
Когда EFB лучше чем AGM?
От AGM стоит отказаться в пользу EFB, если: А) В автомобиле нет возможности переключить/заменить контроллер на AGM; Б) В вашем регионе частые и сильные морозы (за −30°С) и автомобиль часто стоит без дела неделю и больше. Если морозы сильные, но ездите регулярно, то проблем нет; В) Регулярно жаркое лето за +40; Г) Тюнинг мотора из-за которого в моторном отсеке где установлен АКБ значительно возросла температура и нет возможности перенести АКБ в багажник.
Можно ли перейти с AGM на EFB или обычную батарею?
Да, но потребуется помощь автоэлектрика: 1. Обязательно установить ограничение по амперажу, не более 13% от ёмкости EFB (см.инструкцию) или 10% если будет обычная батарея. Если пропустить этот пункт то батарея будет перегреваться, быстрой выйдет из строя и может сгореть. Желательно: 2. Перенастроить, либо снять или заменить датчик IBS с клеммы если имеется, чтобы разрешить заряд выше 14.7В, а также снять температурные ограничения. Если данный датчик отсутствует, то его роль может выполнять бортовой компьютер, либо генератор. 3. Переключить в бортовом компьютере с AGM на ЕFB/обычный акб (если такова возможность имеется).
Нормальное напряжение разряженного и заряженного аккумулятора авто при разных режимах и состоянии АКБ
Речь идёт о важнейшем параметре аккумулятора. От него зависит старт силового агрегата, работа топливного насоса при пуске, функционирование габаритных, ходовых огней и многих иных узлов легковой машины. Поэтому важно регулярно контролировать нормальное напряжение аккумулятора автомобиля.
Напряжение заряженной АКБ
Зарядка (а точнее подзарядка) осуществляется генератором. Но здесь есть момент: обеспечить 100%-ю работоспособность аккумулятора таким способом можно, лишь проехав не менее 100 км. Поэтому рекомендуется хотя бы изредка проверять напряжение аккумулятора автомобиля, плотность и при необходимости подзаряжать от сетевого устройства.
Сколько вольт должно быть на заряженном аккумуляторе
В конструкцию изделия входит шесть электрически соединённых между собой банок. Какое напряжение должно быть на заряженном аккумуляторе автомобиля? О полной исправности АКБ и её готовности к работе говорит значение U = 12,6–12,9 В. Изделие с такими данными подключать к зарядному устройству не рекомендуется, так как возможно выкипание электролита, что приведёт к нарушению функционирования АКБ. Приобретая батарею в автомагазине, не забывайте, что напряжение полностью заряженного аккумулятора автомобиля соответствует 12,6 В. Отказываться от приобретения в ситуации, когда U = 12,5 В, не стоит: это штатное состояние для изделия, долгое время не используемого (находилось на складе). Все измерения осуществляются при температуре воздуха +18 градусов.
Напряжение заряженного автомобильного аккумулятора без нагрузки
Сколько вольт должно быть на заряженном автомобильном аккумуляторе? Среднее значение 12,6 В. Но некоторые модели, а также батареи по окончании подзарядки могут выдавать до 13,2 В. Если конструкция АКБ позволяет, определите вольтаж аккумулятора автомобиля на каждой банке. Есть нюанс: плотность электролита в секциях должна быть одной и той же, погрешность – не более 0,02 г/куб. см. Напряжение – примерно 1,9 В. Если оно не дотягивает до 1,7 В, секция изделия неисправна.
Сколько ампер в заряженной АКБ
Чтобы разобраться с этим вопросом, необходимо ознакомиться с данными батареи, которые можно найти на этикетке. Имеется в виду нормальный заряд аккумулятора автомобиля и ёмкость изделия. Если она равна 60 А/ч, значит, батарея (при условии полной зарядки) способна отдавать в течение 11 часов ток в 5 А. Чтобы понять, сколько ампер в автомобильном аккумуляторе, его нужно подключить к зарядному устройству. Если это не сделано и клеммы изделия свободны, значение тока будет составлять ноль ампер.
Стоит заметить, что показания в плане тока у разных моделей АКБ будут сильно различаться. Сколько ампер выдаёт автомобильный аккумулятор? Это связано с нагрузкой. Чем она выше (до определённого предела), тем больше энергии отдаёт аккумулятор. Например, при пуске двигателя сила отдачи АКБ будет составлять 125 А, если в среднем мощность стартера 2000 Вт. Также существует зависимость от температуры окружающего воздуха. В мороз работоспособность батареи начинает снижаться из-за снижения скорости химических реакций, напряжение на клеммах аккумулятора уменьшается, а нагрузка возрастает и значение I вырастает до 500, а иногда даже и 800 ампер. Уровень на выходе зависит от внутреннего сопротивления: чем оно меньше, тем лучше. Чтобы достичь нормального напряжения автомобильного аккумулятора, конструкторы применяют специальные материалы для изготовления пластин, принимают меры для лучшего соприкосновения их с раствором.
Какое напряжение на аккумуляторе автомобиля вообще считается нормальным
Здесь также имеется в виду напряжение заряженного аккумулятора автомобиля без нагрузки. Это 12,5–13,2 В. Последний вольтаж получается по окончании подзарядки. Какое напряжение должен показывать заряженный аккумулятор автомобиля после 12-часовой выдержки с заглушенным двигателем? Это 12,6–12,8 В. Чтобы получить точные данные, измерения осуществляются где-то через 12 часов после того, как двигатель перестал работать. Это может быть, например, утро, когда машина ночь провела на стоянке или в гараже. Перед измерением одну клемму («массу») снимите с аккумулятора. Удержать свой заряд без изменений новая и заряженная батарея ёмкостью, например, 50 А/ч сможет 141 сутки (при плюсовой температуре воздуха), если она отсоединена от бортовой сети автомобиля. При подключении к ней время сохранения заряда уменьшается в 2 раза. Почему? Даже при заглушенном силовом агрегате и выключенном зажигании потребление тока продолжается: например, из-за подключённой сигнализации утечка составляет от 0,02 до 0,05 А/ч.
Минимальное напряжение
Чтобы избежать глубокого разряда батареи, что чревато необратимыми химическими процессами (сульфатацией), и выхода АКБ из строя, необходимо постоянно контролировать напряжение. Минимальное напряжение автомобильного аккумулятора – 10,5 В (воспользуйтесь ЗУ для восстановления работоспособности изделия). Иное дело U = 9 В. При таком значении нормально зарядить изделие можно только качественным ЗУ. Но даже восстановленная АКБ вряд ли будет полноценно работать. Есть, конечно, специальные схемы по десульфатации батареи, но, стоит повториться, 100%-го эффекта это не даст. Подобная ситуация может говорить о возможном замыкании между пластинами.
Под нагрузкой
Измерение напряжения на клеммах аккумулятора под нагрузкой подразумевает использование специального прибора – нагрузочной вилки. Но не забывайте: посредством устройства определяется всего лишь общая работоспособность батареи и степень её заряженности либо, наоборот, разрядки. Данный аппарат не определит ёмкость АКБ и начавшуюся сульфатацию (если она идёт, конечно). Исходя из этого, очевидно, что показания прибора не позволяют сделать вывод о сроке эксплуатации АКБ. Аппарат состоит:
- из корпуса с мультиметром;
- спирали, выполняющей функцию сопротивления;
- проводов, оканчивающихся зажимами типа «крокодил»;
- включателя.
Всего встречается два типа приборов: аналоговые (со стрелкой) и цифровые. Последние пользуются большей популярностью, так как выдают более точные показания. Практически все вилки предназначены для работы при положительной температуре от +1 до +35 градусов. Но есть и дорогие модели, способные исправно функционировать и в тридцатиградусный мороз. Создаваемый прибором ток колеблется в пределах 100–200 А. В некоторых моделях это значение можно регулировать. Время проверки аккумулятора под нагрузкой – не более 10 сек. Интересно, что по стандартам Евросоюза оно доходит до 20 сек. Нормальное напряжение аккумулятора автомобиля без нагрузки – 12,6–12,7 В.
При работающем двигателе
При заведённом моторе напряжение на аккумуляторе автомобиля из-за генератора будет несколько выше – 13,6–14,2 В. Оговорка: в течение десяти минут после пуска оно выше. Проверку напряжения на аккумуляторе автомобиля при работающем двигателе следует производить после того, как мотор проработает хотя бы 15 минут. Далее включите все потребители энергии в авто:
- стеклоочистители;
- обогреватель заднего стекла;
- отопитель (на максимальном режиме);
- дальний свет;
- магнитолу.
Показания вольтметра должны измениться незначительно – на 0,2–0,3 В. Если напряжение аккумулятора автомобиля при работающем двигателе падает на большее значение, возможны проблемы с генератором. Здесь имеет смысл сделать небольшое отступление. В некоторых машинах (например, ВАЗ2108–2115) на конвейере ставят стандартный родной генератор, выдающий 80 А. Если задействовать потребители, а многие ещё пользуются такими штуками, как сабвуфер, усилитель к магнитоле (особенно если громкость вывернуть на полную мощность), то генератор просто не справляется с нагрузкой, и напряжение на АКБ становится меньше нормы. Решить проблему можно только одним способом: приобрести генератор на 100 А (он подходит по креплениям).
Напряжение разряженной АКБ
Полностью неработоспособной (разряженной) считается батарея, напряжение на клеммах которой менее 11,6 вольт. В такой ситуации эксплуатация автомобильного источника энергии невозможна: электрооборудование авто перестанет функционировать. То есть требуется зарядка батареи.
Полный разряд серьёзно влияет на состояние свинцовых батарей, которые особенно чувствительны к этой неприятности. Чтобы такая АКБ потеряла более половины своей ёмкости, достаточно всего лишь одного глубокого разряда. Батареи, в составе которых имеется сурьма, более стойко переносят сильный разряд. То же самое можно сказать о гелевых и AGM-изделиях. Рекомендуется не допускать полного разряда АКБ, что отрицательно сказывается на её эксплуатационном ресурсе.
Зимний период стоит упомянуть отдельно. В это время из-за замедления химических реакций активность электролита падает, что чревато его замерзанием. Для недопущения подобного казуса рекомендуется поддерживать напряжение заряженного автомобильного аккумулятора и не допускать его падения ниже 12,5 В.
Как узнать уровень заряда аккумулятора автомобиля по его напряжению
Наиболее простой метод – визуальный. Сегодня степень заряженности АКБ можно узнать, взглянув на гидрометрический индикатор (как его называют, «глазок»). Благодаря ему определяется степень зарядки изделия без подручных средств:
зелёный цвет индикатора указывает, что АКБ заряжена более чем на 60 %;
тёмный цвет говорит о необходимости зарядки батареи;
светлый цвет сообщает о потребности аккумулятора в дистиллированной воде.
Также примерно определить работоспособность батареи можно при помощи мультиметра, измерив напряжение при заглушенном двигателе, после выдержки его примерно в течение 12 часов, как говорилось выше. Измерения проводятся при температуре +18 С.
Приводим таблицу заряда аккумулятора автомобиля по напряжению:
| Уровень работоспособности (%) | Напряжение (В) |
|---|---|
| 100 | От 12,6 |
| 90 | 12,5 |
| 80 | 12,4 |
| 70 | 12,3 |
| 60 | 12,2 |
| 50 | 12,05 |
| 40 | 11,9 |
| 30 | 11,7 |
| 20 | 11,55 |
| 10 | 11,3 |
| 0 | 10,5 |
Аккумулятор средней ценовой категории служит примерно 3 года. Если всё это время соблюдать правила эксплуатации, батарея не доставит вам хлопот. Здесь один из главных моментов – не допускать глубокого разряда. По истечении трёхлетнего срока следует усилить контроль над АКБ: хотя бы раз в пару недель измерять напряжение полностью заряженного аккумулятора, если возможно, то и плотность. Через 4–5 лет АКБ рекомендуется заменить на новую.
Алгоритмы заряда свинцово-кислотных батарей
Целью сего является обсуждение способов использования зарядных устройств для зарядки свинцово-кислотных батарей (далее — АКБ). Существует большое количество разнообразных зарядных устройств (далее — ЗУ) для различных типов аккумуляторов (далее — АКБ). Параметры, которые определяют использование (эксплуатацию) АКБ, включают в себя не только требования к электрическому заряду и разряду, ограничения по амплитуде и току, но также условия окружающей среды и условия хранения.
Что происходит с АКБ, когда она заряжается и разряжается?
Химические реакции во время разряда преобразуют свинец, оксиды свинца и кислоту (электролит) в свободные электроны (электрический заряд, который уходит на нагрузку), воду и сульфаты свинца. Химические реакции во время зарядки полностью прекращают этот процесс. ЗУ расщепляет сульфаты свинца для соединения их с водой, повторно образуя кислоту без газообразования и потери водорода и кислорода, которые составляют воду. Кроме того, большая часть свинца будет возвращена в исходное состояние до разряда. Первичная идея создания и производства AGM-батарей (Absorbed Glass Mat) заключалась как раз в том, чтобы минимизировать потери кислорода и водорода, которые образуются при зарядных напряжениях начиная от 13,8 V (2,30 V на ячейку) и 14,2 V (2,37 V/с) (напряжения начала газообразования). Этот диапазон напряжения применим к 12 V АКБ, которые содержат по 6 ячеек с номинальным напряжением по 2,15 V каждой. Большинство ЗУ на некоторых участках алгоритма в процессе заряда имеют выходное напряжение превышающее напряжение газообразования.
Основы и алгоритмы заряда АКБ смарт-("умным") автоматическим зарядным устройством.
Существует несколько различных методов (этапов или шагов) в алгоритме заряда АКБ. Не все эти этапы необходимы при каждой зарядке или для какого-то конкретного типа АКБ. Кроме того, учитывая оптимизацию зарядки, многие автоматические "умные" ЗУ в процессе заряда контролируют, корректируют и регулируют процесс заряда. Другими словами, не все этапы зарядки осуществимы и применимы для исполнения "всё и сразу".
Итак, давайте детально поговорим о этапах алгоритма заряда и постараемся избежать ненужных технических терминов. Нумерация этапов (шагов) зарядки и порядок их представления просто указывают на типичную последовательность, в которой они обычно происходят по ходу исполнения алгоритма. Опять же, не все эти этапы (шаги) могут быть доступны и не все нужны во всех алгоритмах ЗУ.
Первый этап (вспомогательный): Инициализация (Initialization).
По сути, этот этап непосредственно не относится к зарядке и не выполняет зарядку АКБ, это не основной, а подготовительный этап. Практически все ЗУ при подключении измеряют состояние электрического соединения между АКБ и выходом ЗУ. Конкретные пределы параметров могут отличаться, но первоначальные напряжение и ток, измеренные на выходе ЗУ дают достаточно чёткое представление о том, всё ли нормально с соединением, какая степень разряженности АКБ и т.п. Например, если выходное напряжение ЗУ присутствует, но выходной ток равен нулю, то это индикация того, что между ЗУ и АКБ отсутствует соединение или оно плохое. С технической точки зрения, это разомкнутая цепь или очень высокое сопротивление на выходе. Этот этап — возможность показать пользователю, что что-то не так, например, перепутана полярность подключения и т.п.
Второй этап (вспомогательный): Восстановление (Recovery).
Этот этап необходим для решения ситуаций, связанных с глубоким разрядом АКБ. Если вы забудете выключить фары в автомобиле, то можно полностью разрядить АКБ за короткое время. Принцип этапа восстановления заключается в том, чтобы использовать постоянный ток очень низкой амплитуды при постепенно увеличивающимся невысоком напряжении. Даже при небольшом токе должно быть минимальное напряжение. Для 12 V АКБ (и литиевых батарей) это значение составляет около 4 V. В зарядных устройствах данный этап восстановления является вспомогательным, функцией по требованию. Данная функция востребована в основном при зарядке литий-ионных аккумуляторов, поскольку они более подвержены повреждению, если этап восстановления не использовался.
Примечание:
В ЗУ Ctek этот этап называется Плавный старт (Soft Start) — проверяется способность АКБ воспринимать заряд. Обозначен как этап 2 (см. рис. ниже).
На схеме обобщённого 5-этапного алгоритма заряда (см. рис. ниже) соответствует этапу 1.
Третий этап (основной): Основной заряд (Bulk).
Этот этап самый важный и главный этап в алгоритме заряда. На этом этапе на АКБ подаётся ток такой силы, сколько позволяет зарядное устройство или может принять АКБ, но не превышающий 10% от номинальной ёмкости АКБ (Ah), до тех пор, пока напряжение батареи не достигнет заданного максимального уровня. Когда напряжение достигает максимального уровня (и больше не растёт), зарядное устройство можно отключить. Пока напряжение будет расти и достигнет заданного максимального уровня, ток при этом должен оставаться постоянным и близким к его максимальному значению. Заряжать на данном этапе необходимо контролируя температуру АКБ, которая для обычных (обслуживаемых) АКБ не должна превышать 51,5°C, а батарей VRLA (необслуживаемых) — не выше 37,8°C.
Обычно производители ЗУ называют этот этап как "режим зарядки постоянным током": ток ЗУ является постоянным, а напряжение аккумулятора постепенно увеличивается. В большинстве случаев, по окончанию данного этапа АКБ заряжается примерно до 80%. Этого достаточно, чтобы можно было пользоваться АКБ, не производя дальнейших этапов зарядки.
Примечание:
В ЗУ Ctek этот этап называется Основной заряд (Bulk) — зарядка максимальным током примерно до 80% ёмкости батареи. Обозначен как этап 3.
На схеме обобщенного 5-этапного алгоритма заряда соответствует этапу 2.
При использовании 3-х фазного метода режима зарядки IUoU этот этап называется I-фаза.
Четвертый этап (основной): Поглощение (Absorption).
На этом этапе поведение напряжения и тока зарядки меняются на противоположное по сравнению с тем, которое было на предыдущем этапе. Теперь напряжение поддерживается постоянным, а ток постепенно уменьшается.
Этап зарядки Absorption является эффективным только в том случае, если он длится достаточно долго, не менее 4 часов, до тех пор, что кажется батарея практически не потребляет ток. Обычно производители ЗУ называют этот этап как "режим зарядки постоянным напряжением".
На этапе Absorption в зависимости от типа АКБ постоянное напряжение зарядного устройства устанавливается в диапазоне от 14,1 до 14,8 V (при температуре 25°C), а ток постепенно уменьшается "добивая" оставшиеся 20% до полной зарядки АКБ. Для обычных АКБ газовыделение (звук шипения или шума, исходящий из АКБ) обычно начинается в диапазоне от 80 до 90% полной зарядки и является нормальным. Полная зарядка обычно наступает когда зарядный ток падает до 2% от номинальной ёмкости Ah АКБ. Например, конечный ток для АКБ 50 Ah (C/20) составляет приблизительно 1 А (1000 мА) или даже менее. Если АКБ не может "удержать" заряд, то ток не уменьшается после расчётного времени зарядки, а АКБ нагревается выше 51,5°C, это говорит о том, что АКБ может быть сильно засульфатирована. Ручные двухступенчатые ЗУ по окончании данного этапа (цикла) зарядки в целях предотвращения перезарядки должны быть отключены.
Примечание:
В ЗУ Ctek этот этап называется Поглощение (Absorption) — зарядка плавно уменьшающимся током до 100% ёмкости батареи. Обозначен как этап 4.
На схеме обобщенного 5-этапного алгоритма заряда соответствует этапу 3.
При использовании 3-х фазного метода режима зарядки IUoU этот этап называется Uo-фаза.
Пятый этап (дополнительный): Выравнивание (Equalization).
Режим выравнивания является дополнительным и обычно выбирается пользователем отдельно или дополнительно. Для АКБ этот шаг важен в основном в случае нескольких последовательно подключенных батарей, заряжаемых одним ЗУ. Алгоритм этапа выравнивания графически подобен комбинации этапов основного заряда (3-й) и этапа поглощения (4-й). Разница заключается в том, что ток начинается с очень низкого уровня, примерно 2-5% от Ah АКБ или на очень низком фиксированном уровне, например 0,5 или 1 А. Такой зарядный ток будет оставаться постоянным в течение очень короткого времени и затем напряжение и ток будут вести себя так же, как и во время 4-го этапа Absorption, однако амплитуда напряжения и тока будут различны.
На этапе выравнивания достигается теоретическое значение 100% SoC (SоC (State оf Charge) — это степень заряженности АКБ). Помните, что каждая 12 V АКБ состоит из 6 отдельных ячеек, но все ячейки не работают одинаково и их напряжения могут меняться до такой степени, когда их суммарное значение может составлять от 12,85 до 13,05 V. На данном этапе зарядки фактически уравниваются напряжения в каждой ячейке.
Фактически этап Equalization представляет собой контролируемую "перегрузку". Это помогает удалять сульфатные кристаллы, которые могли образоваться на поверхности и в порах пластин.
Рекомендуется производить этап выравнивания при возникновении одного или нескольких из следующих событий:
— Когда разница плотности электролита между ячейками составляет 0,03 (или 30 "точек") и больше.
— Когда при полностью заряженном АКБ разница плотности электролита в одной из ячеек ниже на 0,01 (или 10 "точек") и более ниже показаний плотности для полностью заряженной ячейки.
— Когда в одну из ячеек требуется доливка воды больше, чем в другие.
— Когда в одну из ячеек требуется долить столько воды, сколько во все остальные ячейки.
— Когда SoC, измеренный ареометром, существенно отличается от SoC, измеренным цифровым вольтметром.
Примечание:
В ЗУ Ctek этот этап называется Восстановление (Recond) — в ходе этого этапа напряжение увеличивается с целью появления контролируемого газовыделения в батарее. Обозначен как этап 6.
На схеме обобщенного 5-этапного алгоритма заряда соответствует этапу 4.
Шестой этап (дополнительный): Буферный/Поддерживающий (Float).
Цель буферного этапа — поддержание полностью заряженного АКБ в состоянии 100% SoC. В большинстве случаев 12 V АКБ со 100% SoC будет иметь напряжение покоя от 12,8 до 13,1 V. Это означает, что эффективное значение напряжения, выдаваемого ЗУ в Float режиме должно составлять от 12,9 до 13,2 V. Однако большинство ЗУ выдают буферное напряжение от 13,3 до 13,6 V: на этом этапе важно, чтобы поддерживающее напряжение было выше, чем напряжение полностью заряженного АКБ, но ниже, чем напряжение начала газообразования (которое составляет около 13,8 V).
В данном режиме зарядки в целях поддержания полностью заряженного АКБ и преодоления естественного саморазряда АКБ можно держать практически неограниченно долго. На этом этапе ток зарядки уменьшается примерно до 1% (C/100) или ещё меньше.
Примечание:
В ЗУ Ctek этот этап называется Буферный (Float) — поддержание напряжения батареи на максимальном уровне за счёт подачи постоянного напряжения зарядки. Обозначен как этап 7.
На схеме обобщенного 5-этапного алгоритма заряда соответствует этапу 5.
При использовании 3-х фазного метода режима зарядки IUoU этот этап называется U-фаза.
На следующем рисунке текстовые поля над графиками напряжения и тока содержат детальное описание этапов зарядки. Шкала времени не пропорциональна реальному времени, указана в соответствии текстовым полям и служит только для отображения информации.
5-этапный алгоритм зарядки:
3-х фазный алгоритм IUoU зарядки:
Данный алгоритм хорошо расписан на сайте Varta (англ. или русский).
Особо обращаю внимание на следующие моменты:
— На графике обратите внимание на относительную размерность по времени проведения циклов: сумма циклов Bulk + Absorption по времени равны циклу Float (это говорит о важности проведения цикла Float).
— "После каждого разряда следует как можно скорее полностью зарядить аккумулятор" — эта рекомендация дана в целях недопущения сульфатации (т.е. что бы потом не пришлось "кипятить").
— "Используйте зарядное устройство с возможностью регулировки напряжения и тока и высоким зарядным напряжением (2,6 V на ячейку). Этот "перезаряд" должен использоваться только в течение короткого периода времени, чтобы избежать потери воды" — данное напряжение может быть необходимо на короткое время в режиме восстановления или "выравнивания" Equalization (4-й этап в 5-этапном алгоритме) при очень низком уровне тока до появления контролируемого газовыделения. Так же, это нужно для корректировки напряжения при температурной компенсации.
— На графиках обратите внимание на максимальное напряжение при зарядке, которое составляет 14,8 V для AGM и 14,4 V для обычных АКБ.
Так же, дополнительный пример, американская компания Deltran Battery Tender в инструкциях к своим автоматическим зарядным устройствам указывает, что использует 3-х этапный режим: режим Bulk (основной заряд, постоянный ток, АКБ заряжается до 85%), режим поглощения (Absorption) (высокое постоянное напряжение, батарея заряжается от 85 до 100%) и буферный режим (Float) (низкое постоянное напряжение, батарея заряжается от 100 до 103%). По сути, это минимальный эталон (3-х режимный алгоритм IUoU) при выборе автоматического зарядного устройства.
Наиболее универсальным и современным я считаю алгоритм, реализованный в зарядных устройствах шведской компании Ctek:
Дополнительная информация:
1. Используйте при зарядке температурную компенсацию (подробнее я излагал здесь).
2. Для зарядки Ca/Ca VRLA АКБ очень важно соблюдать зарядное напряжение рекомендованное производителем. Возможно, понадобится специальное зарядное устройство. В большинстве случаев стандартные зарядные устройства для обычных АКБ не могут использоваться для правильной зарядки Gel (Ca/Ca) или AGM (Ca/Ca) VRLA АКБ из-за их более высоких напряжений или профилей зарядки.
3. До наступления этапа Absorption заряд батареи обычно составляет 80% от полной зарядки. Полная зарядка обычно происходит, когда зарядный ток падает ниже 2% (C/50) от ёмкости Ah и АКБ умеренно выделяет газ (появляются отдельные "редкие" пузырьки). Например, конечный ток заряда для хорошей батареи 50 Ah (C/20) составляет приблизительно 1 А (1000 мА) или менее в зависимости от типа батареи.
Основы и алгоритмы зарядки АКБ ручным зарядным устройством.
АКБ следует заряжать в три этапа, которые представляют собой [1] — заряд постоянным током, [2] — заряд постоянным напряжением и [3] — поддерживающий (буферный) заряд. Заряд с постоянным током даёт основную часть заряда; заряд с постоянным напряжением продолжается с постепенно снижающимся током и обеспечивает насыщение заряда, а поддерживающий заряд компенсирует потери, вызванные саморазрядом.
Во время зарядки постоянным током АКБ заряжается примерно до 80% за 5-8 часов; оставшиеся 20% "добиваются" более медленным зарядом с постоянным напряжением, который длится еще примерно 7-10 часов. Дозарядка с "добивкой" необходима для поддержания батареи в хорошем состоянии, если его постоянно не производить, то АКБ в конечном итоге потеряет способность принимать полный заряд и ёмкость будет уменьшаться из-за сульфатирования. Поддерживающий заряд на третьем этапе поддерживает полностью заряженную батарею в состоянии 100% SoC.
АКБ считается полностью заряженной, когда ток падает до минимально низкого уровня и постоянное напряжение начинает уменьшаться.
Определить завершение этапа [1] и начало этапа [2] достаточно легко — переход на этап [2] происходит когда АКБ достигает предела по напряжению (т.е. напряжение больше не растёт). В этот момент ток начинает падать и заряд АКБ начинает насыщаться, а полная зарядка достигается когда ток уменьшится до 3-5% от номинальной ёмкости Ah вашего АКБ.
Правильная предварительная настройка предела напряжения заряда — величина очень важная и достаточно критичная и эта величина составляет от 2,30 до 2,45 V на ячейку (13,8-14,7 V на АКБ). Установка порога напряжения является компромиссом и эксперты называют это "танец на острие иглы". Компромисс заключается в том, что с одной стороны, батарея хочет полностью зарядиться, чтобы получить максимальную ёмкость и избежать сульфатации на отрицательной пластине; с другой стороны, чрезмерное насыщение, не переключаясь на поддерживающий заряд, вызывает коррозию положительной пластины. Это также приводит к газообразованию и потере воды. Начало газообразования при переходе с этапа [2] на этап [3] и есть завершение полной зарядки АКБ.
Не забываем, что в соответствии с температурой АКБ (и внешней температурой) необходимо корректировать напряжение заряда. Более высокая температура окружающей среды требует уменьшения напряжения, а более низкая температура требует увеличить напряжение зарядки. Некоторые ЗУ используют датчики температуры для регулировки напряжения заряда для оптимальной эффективности заряда. Например, это мой шведский Ctek MXS 10, о котором я подробно писал здесь. Если ЗУ не имеет внешнего или встроенного датчика и не способно автоматически производить температурную компенсациею, то вы должны произвести корректировку зарядного напряжения, используя рекомендованные температурные компенсационные напряжения. Если температура электролита не может быть измерена и батарея не была недавно перемещена из более теплого или холодного места, точку отсчёта можно использовать температуру окружающего воздуха. Например, если температура электролита составляет -6,7°C, увеличьте зарядное напряжение до 15,408 V для Low Maintenance (Sb/Ca) АКБ относительно требуемого зарядного напряжения 14,4 V при 25°С. Если температура электролита составляет 43,3°C, то уменьшите зарядное напряжение до 14,064 V для той же АКБ.
Коэффициент корректировки должен составлять 2,8 mV (0,028 V) на каждый градус изменения температуры относительно 25°C:
После полной зарядки в конце этапа [2] АКБ не должна оставаться на подаче максимального постоянного напряжения более 48 часов и напряжение обязательно должно быть уменьшено до уровня поддерживающего напряжения. Т.е. переход с этапа [2] на этап [3] не должен превышать 48 часов. Это особенно важно для герметичных необслуживаемых АКБ, которые плохо переносят перезарядку. Зарядка сверх указанных пределов превращает избыточную энергию в тепло и АКБ начинает активно выделять газ.
Рекомендуемое напряжение большинства АКБ на этапе [3] (поддерживающий заряд) составляет от 2,25 до 2,27 V/ячейка.
Рисунок ниже иллюстрирует срок службы АКБ, которая заряжается при поддерживающем напряжении от 2,25 до 2,30V/ячейка при температуре от 20 до 25°C. По прошествии 4 лет работы становится заметной потеря мощности (ёмкости), снижающаяся ниже 80% линии.
Для полностью разряженных батарей в следующей таблице приведены рекомендуемые нормы зарядки АКБ и время для зарядки с помощью ручного ЗУ методом постоянного тока:
Рекомендуемый способ зарядки методом постоянного напряжения состоит в том, чтобы медленно заряжать АКБ в течение примерно десяти часов (C/10). Во избежание повреждения полностью разряженной батареи ток должен составлять менее 1% от CCA (ток холодной прокрутки) в течение первых 30 минут заряда. ЗУ должно быть настроено на рекомендованное изготовителем АКБ напряжение зарядки. Типичные напряжения зарядки приведены в таблице ниже (при температуре 25°C):
Кратко о штатной автомобильной системе зарядки.
Система зарядки автомобиля состоит из трех компонентов: генератора, регулятора напряжения и аккумулятора. Продолжительность полной зарядки АКБ зависит от количества разряда, количества избыточного тока, который отводится на батарею, продолжительности работы двигателя, частоты вращения двигателя (RPM) и температуры окружающей среды. Мощность генератора рассчитывается производителем автомобиля исходя из обеспечения максимальной бортовой нагрузки, нагрузки дополнительных устройств и поддержания заряженности батареи, но НЕ для зарядки разряженной батареи (т.е. авторы имеют ввиду — для поддержания заряженности, но не производства полной зарядки). Например, если для запуска автомобиля из полностью заряженной батареи в течение двух секунд потребовалось 300 А, то чтобы восполнить заряд системе зарядки автомобиля потребуется выдать 80 А за 10 сек при 3000 об/мин. Если для зарядки аккумулятора от генератора доступно 25 А, то это займёт уже 30 сек при 1100 об/мин и не менее 10 мин при 750 об/мин. При разряженной батарее на 60 Аh потребуется 80 А около 90 мин при 3000 об/мин и не менее пяти часов при 1100 об/мин при 25 А для полной 100% зарядки.
Более подробную информацию о системах зарядки транспортных средств можно найти на сайте автомобильных аккумуляторов Dan Landiss. Кстати, там же, с ссылкой на первоисточник, указано, что Bosch признает влияние кальция на химию батареи. Так, в справочнике "Automotive Electric/Electronic Systems" Second Edition, Robert Bosch 1995 года они рекомендуют, чтобы при использовании внешних ЗУ свинцово-кальциевые и гибридные батареи заряжались напряжением не более чем 14,4 V, а ЗУ умело заряжать по типу, известному как "Тип IU".
В идеале комбинированная нагрузка всех аксессуаров (полная для бортовой сети и дополнительных устройств) должна составлять менее 75% от максимальной расчётной мощности бортовой зарядной системы, так что бы для зарядки аккумулятора всегда оставалось не менее 25%.
Как продлить срок службы АКБ
Для поддержания АКБ в хорошем состоянии производите полную зарядку АКБ продолжительностью от 14 до 16 часов один раз в несколько недель, не реже 1 раз в квартал. Если у вас нет возможности периодически так длительно заряжать АКБ, то старайтесь использовать АКБ при умеренной температуре и избегайте глубоких разрядов. Не оставляйте АКБ в полу-разряженном состоянии, уезжая в отпуск на несколько недель — во избежания возникновения обильной сульфатации перед длительной парковкой желательно зарядить АКБ.
Высокая температура и система старт-стоп сокращает срок службы стартерной батареи.
В качестве ориентира: при повышении температуры на каждые 8°C срок службы герметичной АКБ сокращается наполовину. Это означает, что батарея VRLA рассчитанная на 10 лет службы при температуре 25°C, будет работать только 5 лет, если она эксплуатируется при температуре 33°C и 30 месяцев, если она эксплуатируется при температуре 41°C. После того, как батарея была перегрета первоначальная ёмкость уже не может быть восстановлена.
Срок службы АКБ также зависит от активности использования, он значительно сокращается, если АКБ часто глубоко разряжается. Несколько раз в день запуск двигателя даёт небольшую нагрузку стартерной батарее, но эта нагрузка сильно возрастает при использовании в режиме старт-стоп. Автомобиль отключает двигатель на красных светофорах и перезапускает его при начале движения, в результате чего происходит около 2000 циклов в год. Данные, полученные от производителей автомобилей, говорят о снижении производительности АКБ примерно до 60% после двух лет использования и чтобы увеличить срок службы автопроизводители используют AGM аккумуляторы.
Даже при кратковременном задействовании небольших мыслительных участков головного мозга позволит, например, владельцам Volvo XC60 (и других авто тоже) добиться значительного увеличения срока эксплуатации АКБ. Для этого будет вполне достаточно внимательно изучить руководство для владельца и немного подумать. Для владельца с пытливым умом обладание автомобилем Volvo не доставляет неприятностей. Например, с наступлением похолодания многие владельцы очень часто используют штатный дополнительный топливный обогреватель (Webasto) до начала поездки, в результате перед поездкой прогревается двигатель и салон, а во время поездки снижается износ и энергопотребление. Но многократное использование обогревателя в сочетании с поездками на короткие расстояния приводит к разрядке аккумулятора и последующим проблемам при запуске. Чтобы быть уверенным, что при подзарядке аккумулятор автомобиля получит столько же энергии, сколько было использовано отопителем, при регулярном использовании отопителя нужно вести автомобиль столько же времени, сколько времени использовался отопитель. При каждом включении максимальное время работы обогревателя составляет 50 минут и минимум 15 минут перед запланированным временем отправления (запуск отопителя по таймеру). Если подойти с умом к использованию топливного обогревателя, то никаких проблем с АКБ не будет:
Предназначение обогревателя — осуществить предварительный нагрев охлаждающей жидкости (ОЖ) без запуска двигателя. Циркулирующая нагретая ОЖ прогревает двигатель, а достигнув температуры прим. 50°C — вентилятор осуществляет прогрев салона автомобиля тёплым воздухом. В процессе этого расходуется примерно 0,6-0,7 л топлива в час и достаточно сильно подсаживается АКБ (обеспечение циркуляции ОЖ насосом (примерно 14 Ватт) плюс работа вентилятора салона автомобиля). Зачем так бездарно тратить энергию АКБ? Предварительный прогрев двигателя необходим для легкого пуска в сильный мороз, а до температуры примерно -25°C помогать двигателю предварительно прогреться нет нужды — вы же используете масло 0W-/5W-. При умеренных температурах достаточно осуществить предварительный запуск двигателя. Для получения дополнительного тепла отопитель запускается автоматически, когда двигатель работает, а если наружная температура превышает 15°C, обогреватель не запускается. Максимальное время работы двигателя при дистанционном пуске составляет максимум 15 минут — за это время прогреется всё, даже руль, сидения и зеркала (устанавливается в настройках), а АКБ даже подзарядится. При запущенном двигателе прогрев происходит значительно быстрее, а расход топлива будет примерно одинаковым: без запуска ДВС отопителю нужно примерно 30 минут (т.е. 0,3 л топлива + разрядка АКБ), с предварительным дистанционным запуском ДВС за 15 минут (это максимально доступное время) израсходуется примерно столько же топлива — 0,3 литра, но АКБ при этом даже подзарядится. И это только один из примеров как достаточно просто можно поддерживать АКБ в рабочем состоянии, есть ещё масса способов, таких как оптимизация стиля движения в условиях городского трафика, своевременные подзарядки АКБ и т.п.
Кроме того, в Руководстве для владельца Volvo XC60 производителем напрямую особо выделена сноской важная информация следующего содержания:
"Срок службы аккумуляторной батареи зависит от ряда факторов, к которым относятся стиль вождения и климат. Емкость аккумуляторной батареи запуска со временем снижается, и поэтому аккумулятор необходимо подзаряжать, если автомобиль не используется в течение длительного времени или если используется для поездок на короткие расстояния. В сильный мороз способность запуска снижается еще больше.
Для поддержания аккумулятора в хорошем состоянии рекомендуется не менее 15 минут в неделю ездить на автомобиле или подключать аккумулятор к зарядному устройству с автоматическим поддержанием уровня зарядки. Максимальный срок службы имеет аккумулятор, который постоянно находится в полностью заряженном состоянии."
Информация для размышления:
После внимательного изучения даже такого поверхностного и упрощённого представления этапов процесса зарядки и особенностей процессов, пытливый ум читателя поймёт, что многие популярные дешевые так называемые автоматические ЗУ не обеспечивают оптимальный алгоритм зарядки АКБ, т.к. такие зарядные устройства либо не способны протестировать (проанализировать) исходную первоначальную степень заряженности АКБ и с учётом этого в дальнейшем выдержать зарядный ток необходимое определённое количество времени, либо при достижении определенной величины напряжения преждевременно отключают ток заряда, что приводит к недозаряду АКБ. Поэтому, используя такие автоматические устройства нужно обязательно: во-первых, знать и понимать основные процессы и алгоритмы при зарядке АКБ; во-вторых, контролировать процесс, и, если это возможно, своевременно вручную вносить необходимые коррективы.
В Руководстве для владельца Volvo XC60 даже особо выделено пометкой "Важно" следующая информация (опрометчиво пропускаемая мимо своего внимания почти всеми владельцами):
"Для зарядки пускового аккумулятора или вспомогательного аккумулятора можно использовать только современное зарядное устройство с контролируемым током зарядки. Функцию быстрой подзарядки запрещается использовать, так как это может повредить аккумулятор."
Маломощное ЗУ (относительно ёмкости АКБ) имеет преимущество, т.к. аккуратно заряжает АКБ (что обеспечивает длительный срок службы АКБ) и обеспечивает полную зарядку, а не "поверхностный заряд". Недостаток заключается в том, что для зарядки батареи требуется очень много времени. Пользователи, имеющие ЗУ менее 10% от ёмкости АКБ, обычно жалуются на чрезмерно длительное время зарядки, поэтому решение о требуемой мощности ЗУ представляет собой ряд компромиссов.
Хорошее зарядное устройство, используемое на дешевой батарее, лучше, чем зарядное устройство плохого качества, используемое на хорошей батарее. (это не мои слова, эту умную мысль я почерпнул с сайта www.jgdarden.com).
Выборочная информация с указанных ресурсов специально для вас была переведена мной на русский и адаптирована для удобного чтения/восприятия.