Свинцово-кислотные аккумуляторы изготовлены по технологии с внутренней рекомбинацией воды, поэтому не требуют обслуживания в течение всего срока службы. В качестве электролита используется загущенная серная кислота в виде геля, что обеспечивает устойчивость аккумуляторов к глубоким разрядам и высокую температурную стабильность.

Расчетный срок службы составляет 12 лет.

Гелевые аккумуляторы предназначены для работы, как в буферном, так и в циклическом режимах.

Конструкция:

• Полностью герметичная конструкция, утечка электролита невозможна.
• Система внутренней рекомбинации газа, нет необходимости в доливе воды.
• Моноблоки снабжены регулирующими клапанами для обеспечения выпуска газа, при превышении внутреннего давления выше допустимого уровня.
• Нет ограничений на перевозку воздушным, железнодорожным или автотранспортом.

Конструкция гелевого аккумулятора

Химическая реакция и механизм рекомбинации:

Химическая реакция, протекающая в аккумуляторе при заряде/разряде, описывается формулой:

PbO 2 + 2H 2 SO 4 + Pb Разряд/Заряд PbSO 4 + 2H 2 O

При заряде кислород, проходя через сепаратор от положительной пластины, вступает в реакцию с активным веществом отрицательной пластины с образованием оксида свинца:

2Pb + O 2 -> 2PbO

Оксид свинца, в свою очередь, вступает в реакцию с серной кислотой:

2Pb + 2H 2 SO 4 -> 2PbSO 4 + 2H 2 O

Сформировавшийся на отрицательной пластине сульфат свинца восстанавливается кислородом до свинца с образованием серной кислоты:

2PbSO 4 + 2H 2 -> 2Pb + 2H 2 SO 4

Если упростить описанные выше уравнения, то получается следующее:

2H 2 + O 2 -> 2H 2 O

Разрядные характеристики

На рисунке ниже приведены кривые разряда гелевых аккумуляторов постоянным током до определенного конечного напряжения. Разряд до напряжения ниже указанного снижает емкость и срок службы свинцово-кислотных батарей.

Разрядные кривые постоянным током при 25°С

Заряд

Правильный заряд является одним из важнейших условий успешной работы свинцово-кислотных батарей с автоматическим регулированием внутреннего давления. Правильный выбор зарядного устройства влияет самым непосредственным образом на производительность и срок службы батарей.

Заряд постоянным напряжением

Заряд постоянным напряжением – наиболее часто применяемый метод. На рисунке ниже показаны зарядные характеристики гелевого аккумулятора при заряде их постоянным напряжением 2,40 В/ячейку при начальных значениях тока 0,3 СА.

График заряда постоянным напряжением при 25°С

• Для гелевых аккумуляторов диапазон зарядного напряжения буферного режима установлен в диапазоне 2,23–2,28 В/эл-т (при 25°С).
• Для циклического режима диапазон зарядного напряжения установлен в диапазоне 2,38–2,42 В/эл-т (при 25°С).
• Аккумуляторы гелевые не требуют уравнительного заряда. Буферного напряжения достаточно, чтобы поддержи-вать моноблоки в полностью заряженном состоянии.

Гелевые аккумуляторные батареи можно купить в интернет-магазине Реалсолар:

Двухстадийный заряд при постоянном напряжении

Этот метод является одним из наиболее эффективных и рекомендуется для быстрого заряда свинцово-кислотных батарей с автоматическим регулированием внутреннего давления и поддержания их в полностью заряженном состоянии (буферный режим). Характеристики зарядного устройства для двухстадийного заряда постоянным напряжением приведены на рисунке ниже:

Зарядные характеристики двухстадийного зарядного устройства

На стадии «А» ток ограничен величиной 0,3 СА, а напряжение на клеммах батареи растет. На стадии «В» зарядный ток начинает падать, а напряжение стабилизируется на уровне 2,40 В/эл-т. На этой стадии уровень заряда аккумулятора достигает 80%. При достижении зарядным током уровня «точки переключения Y» зарядная цепь переключается на стадию «С», где зарядное напряжение падает с 2,40 до 2,25 В/эл-т, а ток плавно снижается практически до нуля. Зарядное устройство переходит в буферный режим.

Напряжение заряда зависит от температуры окружающей среды и должно регулироваться в соответствии с графиком показанном на рисунке ниже:

Зависимость зарядного напряжения от температуры окружающей среды

Напряжение заряда (на элемент) в буферном режиме вычисляется по формуле:
U заряда = 2,25 + (25 – (t + grad t +1)) · 0,0033
Напряжение заряда (на элемент) в циклическом режиме вычисляется по формуле:
U заряда = 2,40 + (25 – (t + grad t +1)) · 0,005

где t – температура окружающей среды, °С
grad t – температурный градиент аккумуляторного шкафа, °С. При установке на открытые стеллажи grad t = 0.

Хранение и срок службы

Гелевые аккумуляторы могут храниться без подзаряда в течение 1 года в сухом помещении при температуре окружающей среды от –35° до +60°С.

Гелевые аккумуляторы рассчитаны на работу в буферном режиме работы в течение пяти лет (при 25°С). На рисунке ниже показана зависимость доступной емкости гелевого аккумулятора от времени. Газы, генерируемые внутри аккумулятора, непрерывно рекомбинируют и возвращаются в водную составляющую электролита. Потеря емкости и конец службы аккумуляторов наступают в результате постепенной коррозии электродов.

Срок службы в буферном режиме работы

Срок службы аккумуляторов в циклическом режиме работы зависит от целого ряда факторов.

Наиболее существенными из них являются рабочая температура окружающей среды, скорость разряда, глубина разряда и способ заряда. На рисунке ниже показано влияние глубины разряда на количество циклов работы гелевых аккумуляторов при циклическом режиме.

Срок службы в циклическом режиме работы

По мере повышения температуры электрохимическая активность аккумулятора возрастает, а при понижении – падает. Поэтому при увеличении температуры окружающей среды емкость аккумулятора увеличивается, а при понижении температуры – уменьшается. Рисунок ниже демонстрирует влияние температуры на доступную емкость гелевых аккумуляторов.

Зависимость емкости от температуры окружающей среды при различных токах разряда

Температура окружающей среды является важным фактором, влияющим на срок службы аккумуляторов. При повышении температуры увеличивается скорость коррозии пластин, вследствие чего уменьшается срок службы. На рисунке ниже показана зависимость срока службы гелевых аккумуляторов от температуры окружающей среды.

Зависимость срока службы в буферном режиме от температуры окружающей среды

Свинцово-кислотные аккумуляторы обладают саморазрядом, вследствие чего при хранении их доступная емкость со временем уменьшается.

Этот процесс описан графиком на рисунке:

Зависимость емкости от времени хранения

Если аккумуляторы хранились в течение длительного периода времени, необходимо перед пуском в эксплуатацию провести их подзарядку.
При сроке хранения до 6 месяцев подзарядка должна осуществляться в течение 4-6 часов постоянным током 0,1 СА, либо 15-20 часов постоянным напряжением 2,40 В/эл-т.
При сроке хранения свыше 6 месяцев подзарядка должна осуществляться в течение 8-10 часов постоянным током 0,1 СА, либо 20-24 часов постоянным напряжением 2,40 В/эл-т.

• Аккумуляторы предназначены для установки на изолированных стеллажах или в специальных батарейных шкафах в вертикальном положении. Допускается установка аккумуляторов в горизонтальном положении при вертикальном расположении пластин. Помещения не требуют принудительной вентиляции.
• Если отнивелированность элементов не обеспечивается непосредственно самим способом установки, то необходимо с помощью чалика (нивелировочного шнура) отнивелировать элементы. Расстояние между соседними боковыми стенками двух моноблоков (монтажная длина) задается длиной перемычек. При относительно длинных рядах монтируемых моноблоков рекомендуется начинать нивелировку монтажной длины с середины монтируемого ряда моноблоков, для того чтобы можно было в оба конца сглаживать набегающие допуски. Рекомендуемая минимальная величина воздушного зазора между аккумуляторами составляет от 5 до 10 мм.
• Взаимоподключение единичных аккумуляторов осуществляется с помощью жестких изолированных перемычек, которые привинчиваются к полюсам или гибких кабельных перемычек. Перемычки привинчиваются с помощью динамометрического ключа. Осуществлять следующий крутящий момент 20 Нм ± 1 Нм.
• Если используются две или более групп батарей, соединенных параллельно, то провода, кабели и шины, посредством которых эти батареи подключаются на нагрузку, должны быть одинаковой длины и обладать одним и тем же сопротивлением.

Последовательность монтажа аккумуляторов в батарею:

• Соедините положительную клемму первого аккумулятора с отрицательной клеммой второго аккумулятора. Таким образом, соедините все аккумуляторы в группе (под группой понимается набор аккумуляторов на одном ярусе или в одном ряду стеллажа).
• Соедините аналогично п.1 аккумуляторы в остальных группах (если таковые имеются).
• Подключите «земляной» вывод зарядного устройства или нагрузки к отрицательной клемме (если «земля» – отрицательная) последнего аккумулятора или последней группы.
• Если имеются группы, соедините их между собой, начиная с последней (подключенной к «земляному» выводу).
• В заключение, подключите положительную клемму первого аккумулятора или первой группы к положительному выводу зарядного устройства или нагрузки.
• После окончания монтажных работ аккумуляторы необходимо пронумеровать, а наружные поверхности клемм, перемычек и узлов соединения смазать тонким слоем технического вазелина или синтетического солидола.

Свинцово-кислотные гелевые аккумуляторы предназначены для эксплуатации в закрытых помещениях с естественной вентиляцией, в том числе в помещении с технологическим оборудованием и обслуживающим персоналом, при температуре от -20°С до +60°С. Диапазон температуры хранения аккумуляторов от –35°С до +60°С.

• Аккумуляторы поставляются предприятием-изготовителем в заряженном состоянии, заполненные электролитом и готовыми к эксплуатации.
• Не рекомендуется установка аккумуляторов вблизи источников тепла. Поскольку аккумуляторы могут генерировать воспламеняющиеся газы, запрещается их установка вблизи оборудования, которое может давать электрический разряд в виде искр.
• Запрещается установка и эксплуатация аккумуляторов в атмосфере, содержащей пары органических растворителей или адгезивов или контакт с ними.
• Чтобы максимально повысить срок службы аккумуляторов, среднее значение тока пульсаций любого происхождения, протекающего через аккумулятор, не должно превышать 0,1 СА, а стабилизация зарядного напряжения должна быть в пределах 1%.
• Очистку корпуса аккумуляторов всегда рекомендуется производить с помощью кусочка ткани, смоченного водой. Никогда не используйте для этих целей масла, органические растворители, такие как бензин, разбавители для краски и др.
• Запрещается разбирать аккумулятор. В случае попадания электролита в глаза или на кожу, необходимо сразу промыть пораженный участок сильной струей чистой проточной воды и немедленно обратиться к врачу.
• Прикосновение к токопроводящим частям аккумулятора может повлечь за собой электрический удар. Работу по проверке или обслуживанию аккумуляторов необходимо проводить в резиновых перчатках.
• Использование разнородных аккумуляторов (различных емкостей, с различной историей применения, различной давностью изготовления и происходящих от разных изготовителей), может нанести ущерб, как самой батарее, так и связанному с ней оборудованию.

Буферный режим заряда аккумуляторов, является основным в системах альтернативной энергетики. От правильной настройки и режима использования оборудования зарядной системы зависит производительность всей системы, надёжность и срок службы оборудования.

При использовании в системах альтернативного энергоснабжения в качестве накопителей электрической энергии аккумуляторов, имеются определённые сложности. Это связано с тем, что поступление электрической энергии от ветряков солнечных батарей неравномерно. Поэтому не всегда удаётся обеспечить необходимый ток заряда для аккумуляторов, чтобы через определённое заданное время отключить зарядку. Для таких систем используют буферный режим заряда аккумуляторов, когда к аккумуляторам постоянно подключено зарядное устройство, а также в любое время могут быть подключены один или несколько потребителей электрической энергии. Буферный режим заряда обычно применяют для аварийного включения резервного питания и для сглаживания пиковых нагрузок при маломощном источнике питания. В альтернативной энергетике буферный режим заряда аккумуляторов выполняет несколько иные функции, обеспечение энергоснабжения системы при прерывистом поступлении энергии для заряда аккумуляторов и обеспечение необходимого количества энергии при неравномерном потреблении энергии потребителями.

Разберём подробнее приведённую схему и работу буферного режима зарядки, его достоинства и недостатки. Важной особенностью этого режима является то, что выходное напряжение зарядного устройства задаётся примерно на 0,05В – 0,1В больше максимального напряжения для заряженного аккумулятора, а значение этого напряжения будет зависеть от конкретного типа аккумулятора. Даже кислотные аккумуляторы разных типов могут иметь различное конечное напряжение заряда, причём оптимальное напряжение несколько меняется при изменении температуры аккумулятора. При отключенной нагрузке R н, зарядка будет происходить следующим образом: ЭДС зарядного устройства Е з превышает ЭДС аккумулятора Е а и направлена встречно напряжению аккумулятора. Сумма падений напряжения в контуре заряда, равна алгебраической сумме ЭДС этого контура. Следовательно, ток заряда будет зависеть от разности ЭДС зарядного устройства и от общего сопротивления цепи, состоящей из внутреннего сопротивления зарядного устройства и аккумулятора.

Внутреннее сопротивление зарядного устройства R з и аккумулятора R а будем считать практически постоянным. Следовательно, величина тока зарядки будет зависеть от разности ЭДС. Внутренние сопротивления небольшие по величине, поэтому если аккумулятор разряжен, ток заряда может стать больше допустимого, для конкретного аккумулятора или зарядного устройства. Поэтому зарядные устройства выполняют по схеме с ограничением максимального тока и применяют для аккумуляторов определённого типа и ёмкости. По мере заряда аккумулятора разница ЭДС, а значит, и ток заряда будут уменьшаться. Поэтому процесс заряда аккумулятора будет замедляться независимо от того, какую мощность в это время способен выдавать источник альтернативной энергии и может продолжаться до нескольких суток.

Если установленное напряжение на зарядном устройстве завышено, то после окончания химического процесса заряда, электрическая энергия будет идти на нагрев аккумулятора и на разложение воды на водород и кислород. У обслуживаемых аккумуляторов это приведёт к быстрому уменьшению уровня электролита. Большинство необслуживаемых аккумуляторов изготавливаются с возможностью рекуперации водорода и кислорода в воду, но возможности этой системы ограничены. Если необслуживаемый аккумулятор периодически сбрасывает через клапан повышенное давление газа, то это приводит к высыханию электролита, быстрому старению и выходу аккумуляторов из строя.

Альтернативные источники энергии не всегда могут вырабатывать энергию достаточную для заряда аккумулятора. Если генератор ветряка выдаёт напряжение меньше, чем напряжение аккумуляторов, то заряд не происходит. Схема зарядного устройства должна защищать аккумулятор от разряда через зарядное устройство и генератор.

Рассмотрим режим разряда аккумулятора при отсутствии зарядного тока:

В этом режиме, согласно рисунку, выключатель SA1разомкнут, а выключатель SA2 замкнут. Ток разряда будет зависеть от ЭДС аккумулятора и суммы внутреннего и внешнего сопротивления и определяется по формуле:

Напряжение на выводах аккумулятора 1 и 2 будет равно ЭДС аккумулятора минус падение напряжения на внутреннем сопротивлении:

U = E a – R a I н

Ток через нагрузку и внутреннее сопротивление одинаковый. Внутреннее сопротивление аккумулятора небольшое и ток в основном зависит от величины сопротивления нагрузки. Чем меньше сопротивление нагрузки, тем больше потребляемый ток и больше величина падения на внутреннем сопротивлении и меньше напряжение на выводах аккумулятора 1 и 2.

Теперь рассмотрим режим одновременной работы зарядного устройства и нагрузки аккумулятора, когда замкнуты контакты SA1и SA2.

Если во время заряда аккумулятора, подключили нагрузку, которая потребляет небольшой по сравнению с зарядным ток, то на зарядку аккумулятора будет идти уже меньшая часть тока. При постепенном уменьшении сопротивления нагрузки и увеличении потребляемого тока, зарядный ток аккумулятора будет уменьшаться и при некотором значении прекратится. Потребляемый от зарядного устройства ток увеличится, что приведёт к некоторому падению напряжения до величины ЭДС аккумулятора. Если поступающий от зарядного устройства ток меньше или равен току, потребляемому нагрузкой, то в таком режиме потреблять энергию можно очень долго. Дальнейшее увеличение потребляемого тока приведёт к тому, что падение напряжения ещё больше увеличится и аккумулятор начнёт отдавать запасённую ранее энергию. Аккумулятор берёт на себя пиковую повышенную нагрузку. Длительная работа в таком режиме может привести к глубокому разряду аккумулятора, в результате снижается ЭДС аккумулятора. Слишком глубокий разряд аккумулятора значительно сокращает срок его службы, поэтому нагрузку лучше подключать через преобразователь или иное устройство, способное автоматически отключать нагрузку при снижении напряжения ниже допустимого уровня. Для кислотных аккумуляторов нежелательно, чтобы они долго находились в разряженном состоянии.

При использовании буферного режима заряда, необходимо следить за поступлением энергии от источника и желательно учитывать, что в то время, когда источник энергии способен выдавать большое количество энергии, но эта энергия не потребляется, то при заряженных аккумуляторах энергия не накапливается, а значит, безвозвратно теряется. При отсутствии поступления энергии от источника, например, ветряка, потребление энергии необходимо сократить или прекратить, чтобы не разрядить аккумуляторы больше допустимой нормы, а также иметь некоторый запас на случай длительных перерывов в поступлении энергии.

Буферное зарядное устройства (БЗУ) представляет собой стабилизированный источник напряжения, имеющий ограничитель выходного тока. Напряжение на выходе БЗУ соответствует напряжению на заряженном аккумуляторе. Если к такому устройству подключить требующую подзарядки аккумуляторную батарею, то зарядный ток будет определяться разностью напряжений на батарее и на выходе БЗУ, а также внутренним сопротивлением аккумулятора. В процессе зарядки зарядный ток уменьшается, пока не станет равным току саморазряда аккумулятора. В таком состоянии аккумулятор может находиться неограниченно долго - в течении всего срока эксплуатации. Если к БЗУ будет подключен сильно разряженный или неисправный (содержащий короткозамкнутые пластины) аккумулятор, то зарядный ток может существенно возрасти. Чтобы он не мог превысить безопасные значения в БЗУ имеется ограничитель выходного тока.

Буферный режим зарядки свинцовых аккумуляторных батарей широко используется в источниках бесперебойного питания. Опыт эксплуатации таких источников, а также рекомендации изготовителей аккумуляторов для них, говорят о том, что буферная зарядка весьма благотворно сказывается на сроке службы свинцовых аккумуляторов.

Буферная зарядка автомобильных аккумуляторов не получила широкого распространения по нескольким причинам. Полная зарядка от БЗУ сильно разряженного аккумулятора занимает больше времени, чем обычная зарядка. Существенные изменения зарядного тока, характерные для буферной зарядки, не соответствуют рекомендациям изготовителей аккумуляторов, которые обычно предлагают заряжать аккумулятор стабильным током, численно равным одной десятой ёмкости батареи. Главным препятствием на пути изготовления и использования БЗУ является то, что данное устройство должно работать постоянно, если автомобиль, на котором установлен заряжаемый аккумулятор, находится в гараже. Это требование накладывает на схемотехнику и конструкцию БЗУ повышенные требования по надёжности, а также электро и пожаробезопасности.

Вопросы, связанные с целесообразностью использования БЗУ с автомобильными аккумуляторами и зависимостью их срока службы от режима зарядки, выходят за рамки данной статьи. Отметим только, что режим БЗУ используется во многих фирменных зарядных устройствах для автомобильных аккумуляторов. Они автоматически переходят в режим БЗУ по окончании зарядки аккумулятора стабильным током и находятся в этом режиме пока аккумулятор не будет отключен. Также, по мнению автора, производители аккумуляторов не слишком заинтересованы в продлении сроков эксплуатации их продукции. В связи с этим рекомендуемый ими режим зарядки не следует воспринимать как единственно возможный.

У автора аккумуляторная батарея 6СТ-55 Подольского аккумуляторного завода прослужила 13 лет. Автомобиль, на котором она была установлена, эксплуатировался круглый год и хранился в неотапливаемом гараже. В течении всего срока эксплуатации батарея была подключена к БЗУ, которое отключалось только на время поездок.

Внешний вид БЗУ представлен на фотографии.

На верхней панели устройства имеется кнопка выключателя сетевого питания. Справа от кнопки под завинчивающейся крышкой находится ось переменного резистора, позволяющего регулировать выходное напряжение БЗУ. Далее, справа от переменного резистора, расположен выходной разъём. На передней панели имеется закрытое оргстеклом окно, за которым находится табло измерителя выходного тока и напряжения, а также два зелёных светодиода, сигнализирующих об исправности БЗУ. Справа от окна имеется таблица, содержащая ряд значений выходного напряжения БЗУ, которые следует устанавливать в зависимости от температуры в гараже. Свойства свинцовых аккумуляторов таковы, что при повышенных температурах напряжение на выходе БЗУ следует уменьшать, а при пониженных - увеличивать. Температурный коэффициент для свинцового аккумулятора с номинальным напряжением 12 Вольт по разным источникам составляет от - 30 до -15 мВ/°С. Таблица составлена исходя из значения -20 мВ/°С.

На следующем рисунке представлена схема электрическая принципиальная БЗУ.

Автор неоднократно убеждался в том, что надёжность работы моточных изделий - электромоторов, трансформаторов, реле и т.п., эксплуатируемых в неотапливаемых помещениях, существенно снижается. Как правило причиной отказов является образование короткозамкнутых витков. Видимо это связано с повышенной влажностью и большими перепадами температуры, способствующими разрушению лаковой изоляции обмоточного провода. В данном устройстве для повышения надёжности используются два силовых трансформатора, обмотки которых включены последовательно. При таком соединении межвитковое замыкание в любом из трансформаторов не вызывает аварийной ситуации - существенного повышения токов в обмотках, перегрева и т.п. Более того - БЗУ в этом случае не теряет работоспособность - продолжает поддерживать аккумулятор в заряженном состоянии. Светодиоды HL1 и HL2 сигнализируют об исправности трансформаторов. Если один из них перестаёт светиться, то соответствующий трансформатор нуждается в ремонте или замене. Если неисправность произойдёт в обеих трансформаторах, то может увеличиться потребляемый ток. Также может произойти перегрев обмоток трансформаторов. В этом случае сработают плавкие предохранители FU2,3 или тепловые предохранители FU1, FU4.

Стабилизацию напряжения и ограничение зарядного тока обеспечивает микросхема DA1 - LM317. Микросхемы данного типа имеют встроенную защиту от повышения выходного тока до значений свыше 2.5 А, защиту от короткого замыкания выхода, а также защиту от перегрева. Схема включения DA1 отличается от типовой только способом регулирования выходного напряжения. В данном случае выходное напряжение регулируется в диапазоне 11...17 Вольт с помощью резистора R7. В случае потери контакта в этом резисторе ток на выходе БЗУ уменьшится до нуля, а не возрастёт до уровня срабатывания токовой защиты, как это случилось бы при обычном способе регулирования выходного напряжения (переменный резистор между 1-м выводом микросхемы и общим проводом).

При эксплуатации БЗУ может произойти отключение питающей сети. В этом случае ток разряда аккумулятора через БЗУ должен быть минимальным - существенно ниже тока саморазряда. Это обеспечивается с помощью ключа VT1 и диода VD5. При отключении сетевого питания как транзистор VT1, так и диод VD5 запираются. Ключ VT1 разрывает цепь для тока разряда через делитель R5 - R8, а диод VD5 отключает от аккумулятора электролитический конденсатор C2, имеющий значительную ёмкость и, возможно, заметный ток утечки. В результате ток разряда аккумулятора на отключенное от сети БЗУ составляет около 20 мкА. Этот ток определяется главным образом входным сопротивлением вольтметра, подключенного к выходу БЗУ.

Диод VD8 защищает БЗУ в случае ошибки с полярностью подключенного аккумулятора. В этом случае сгорит предохранитель FU5, после замены которого работоспособность устройства восстановится. Если такая ошибка исключена, то данный диод можно не устанавливать.

Вспомогательный источник питания с выходным напряжением около 8 В, собранный на элементах VD3 и С3, служит для питания цифрового измерителя тока и напряжения, подключенного к выходу ЗУ. Также он формирует сигнал, открывающий ключ VT1 при наличии напряжения в питающей сети. Если сетевое напряжение отключается, то конденсатор C3 быстро разряжается до нуля благодаря резистору R4.

В качестве цифрового измерителя тока и напряжения автор использовал широко распространённое устройство, продающееся в интернет-магазинах под названием "100V 10A Voltmeter Amperemeter LED Dual Digital Volt Amp Meter". Поскольку изготовители не всегда приводят схему подключения и цветовая маркировка выводов может отличается от той, которая приводится в описании, предлагается подключить измеритель к БЗУ в соответствии с нумерацией выводов, приведенной на следующей фотографии.

При пользовании измерителем следует учитывать его особенность. Если измеряемый ток менее 50 мА, то на цифровом табло будет нулевой отсчёт "0.00 А". По мнению автора этот недостаток в значительной мере компенсируется доступностью устройства и его невысокой ценой - около 3-х USD. В продаже имеются также более точные измерители не имеющие указанного недостатка, но их стоимость заметно выше.

Внешний вид устройства со снятой крышкой приведен на следующей фотографии.

Все элементы находятся внутри металлического корпуса. Тепловые предохранители FU1 и FU4 приклеены термостойким клеем к трансформаторам Т1 и Т2 соответственно. Плавкие предохранители FU2 и FU3 размещены в сетевой вилке. Для повышения надёжности все плавкие предохранители установлены без арматуры - впаяны в разрывы соответствующих проводов с последующей изоляцией термоусадочной трубкой. Радиатором для микросхемы DA1 и диодного моста VD4 является алюминиевая пластина. Между микросхемой и пластинной следует проложить слюду или иной изолятор, обладающий низким тепловым сопротивлением. Алюминиевая пластина в свою очередь прикручена винтами к металлическому корпусу. Для дополнительного снижения теплового сопротивления использована паста КПТ-8. Резистор R7, с помощью которого регулируется выходное напряжение, должен быть защищён от случайных воздействий. Автор использовал в качестве R7 проволочный резистор типа ПП3-40.

Отладка устройства заключается в подборе резисторов R1 и R2, чтобы обеспечить одинаковую яркость светодиодов HL1 и HL2. Подбор этих резисторов может потребоваться если параметры трансформаторов Т1 и Т2 существенно отличаются. В этом случае напряжения между ними в режиме холостого хода могут распределяться неравномерно. С ростом нагрузки напряжения на трансформаторах выравниваются.

Обязательным условием безопасной эксплуатации БЗУ является надёжное заземление его корпуса.

Для подключения БЗУ к автомобильному аккумулятору удобно использовать разъём прикуривателя, если он не отключается при извлечении ключа зажигания. В противном случае потребуется установить специальный разъём для БЗУ. Конструкция разъёма должна исключать подключение с неправильной полярностью. В провод, соединяющий плюсовую клемму аккумулятора с разъёмом, следует установить плавкий предохранитель на ток 5 А.

Правильный выбор выходного напряжения, на которое настроено БЗУ, очень важен для успешной эксплуатации аккумулятора и зарядного устройства. Если напряжение ниже оптимального значения, то аккумулятор будет заряжен не полностью. Повышенное напряжение может вызвать постепенное выкипание электролита и привести к сокращению срока службы аккумулятора. Изготовители обычно не указывают оптимальное напряжение для буферного режима зарядки автомобильных аккумуляторных батарей. Можно сделать выбор на основе напряжения в автомобильной бортсети - от 13.8 В до 14.5 В. Для буферной зарядки лучше выбрать значение вблизи нижней границы этого диапазона. Также можно взять за основу параметры режима хранения (буферного режима) одного из автоматических зарядных устройств, выпускаемых промышленностью. Например в описании зарядных устройств семейства "Вымпел", фрагмент таблицы из которого приведен в приложении к данной статье, указано напряжение 13.4 - 13.8 В. В настоящее время автор использует БЗУ с необслуживаемой аккумуляторной батареей обычного типа (не AGM). При температуре 20°C напряжение выставлено на 13.7 В. Значения напряжений для других температур можно взять из таблицы, находящейся на передней панели устройства (см. 1-ю фотографию).

Список радиоэлементов

Обозначение	Тип	Номинал	Количество	Примечание	Магазин	Мой блокнот
T1, T2	Трансформатор	ТН46	2			В блокнот
FU1, FU4	Термопредохранитель	TZ D 105	2			В блокнот
FU2, FU3	Предохранитель плавкий	1 А Т	2			В блокнот
FU5	Предохранитель плавкий	5А	1			В блокнот
SB1	Выключатель	П2КА3	1	кнопка		В блокнот
VD1, VD2, VD6, VD7	Выпрямительный диод	1N4007	4			В блокнот
VD3	Диодный мост	RC207	1	мост		В блокнот
VD4	Выпрямительный диод	KBU6B	1	мост		В блокнот
VD5, VD8	Диод	КД213А	2			В блокнот
HL1, HL2	Светодиод	L1154GT	2			В блокнот
VT1	MOSFET-транзистор	BS170	1			В блокнот
DA1	Линейный регулятор	LM317	1			В блокнот
R1, R2, R8	Резистор

П ри циклическом режиме работы батарею заряжают, а затем отключают от зарядного устройства. Разряд батареи производится по мере необходимости.

В большинстве UPS (не только в on-line UPS) аккумулятор работает в буферном режиме. Однако в некоторых UPS зарядное устройство отключают после полной - аккумулятор UPS в этом случае ближе к к циклическому режиму работы. Производители декларируют увеличение срока службы аккумуляторов в таких UPS. Буферный режим работы характерен также для систем бесперебойного питания постоянного тока, которые широко применяются для коммуникаций (связи), систем сигнализации, электростанций и других непрерывных производств.

Ц иклический режим работы аккумуляторных батарей используется при работе различных переносных или перевозимых устройств: электрических фонарей, средств коммуникаций, измерительных приборов.

П роизводители аккумуляторов иногда указывают в перечне технических характеристик, для какого режима работы предназначен тот или иной аккумулятор. Но в последнее время, большинство могут применяться и в буферном и в циклическом режимах.

Аккумуляторы для всех

С амые распространенные - это 5-летние аккумуляторы общего применения. Они могут использоваться для буферного и циклического режима работы, имеют расчетный ресурс 5 лет. Они могут применяться как аккумуляторы для UPS или других систем резервного питания. Другое их применение - для моделей, переносных приборов, игрушек, вроде детского мотороллера. У фирмы CSB они имеют марку GP (от англ. general purpose - общего назначения). Аккумуляторы GP неприхотливы, практически герметичны (допускается использование в любом положении, кроме клеммами вниз). Как аккумуляторы для UPS, они могут работать от 2 до 7 лет, в зависимости от условий эксплуатации (прежде всего, температуры).

HR аккумуляторы для UPS

Н екоторые аккумуляторы специально позиционируются производителем, как аккумуляторы для UPS. При той же массе (а иногда и тех же размерах) эти аккумуляторы во время коротких (10-30 минут) разрядов отдают большую , чем обычные аккумуляторы. Прирост времени работы UPS может быть больше 50% (при временах разряда около 10 минут). При длительных разрядах эти "аккумуляторы для UPS" не имеют преимуществ по сравнению с обычными.

У фирмы CSB и некоторых других производителей такие аккумуляторы имеют обозначение HR (от английского high rate - высокий темп, большая мощность). Эти аккумуляторы можно, конечно, использовать не только, как аккумуляторы для UPS. Их выгодно применять во всех случаях, когда требуется компактная система питания с небольшими временами работы от батареи.

L аккумуляторы. Для UPS и не только.

Н аиболее распространены аккумуляторы со сроком службы в буферном режиме 5 лет. Но выпускаются также аккумуляторы со сроком службы увеличенным до 10 лет. Они часто имеют те же размеры и вес, что и 5-летние батареи, но заметно дороже. В их названии часто есть буква L (от англ. Long - продолжительный). В частности у фирмы CSB есть серия 10-летних аккумуляторов GPL. Батареи UPS, составленные из таких аккумуляторов, действительно работают заметно дольше - их замедлено. Но, как любые аккумуляторы для UPS (или других систем питания) GPL любят правильную , не любят повышенные температуры и частые разряды.

Перед установкой аккумулятора в UPS.

П риобретая аккумулятор, убедитесь, что на его верхней поверхности . имеется такая наклейка. Она является свидетельством предпродажной проверки аккумулятора . Наклейка является гарантией того, что в момент продажи аккумулятор полностью исправен и при правильной эксплуатации прослужит многие годы.

Буферная система питания

При такой системе питания параллельно выпрямителю UZ и нагрузке включена аккумуляторная батарея GB (рис. 2.3). В случае аварии в сети переменного тока или повреждения выпрямителя дальнейшее питание нагрузки обеспечивает батарея без перерыва в подаче энергии. Аккумуляторная батарея обеспечивает надежное резервирование источников электрической энергии, и, кроме того, она совместно с фильтром питания осуществляет необходимое сглаживание пульсации. При буферной системе питания различают три режима работы: среднего тока, импульсного и непрерывного подзаряда.

При режиме среднего тока (рис. 2.4) выпрямитель UZ, вклю­ченный параллельно с аккумуляторной батареей GВ, обеспечивает постоянный ток I в независимо от изменения тока I н в нагрузке R н. Когда ток нагрузки I н мал, выпрямитель питает нагрузку и за­ряжает аккумуляторную батарею током I 3 , а когда ток нагрузки велик, выпрямитель совместно с батареей, которая разряжается током I р, питает нагрузку. Во время заряда напряжение на каждом аккумуляторе батареи увеличивается и может достигать 2,7 В, а во время разряда уменьшается до 2 В. Для осуществления данного режима могут быть использованы простейшие выпрямители без устройств автоматической регулировки. Ток выпрямителя рассчи­тывают исходя из количества электрической энергии (ампер-часы), затрачиваемой на питание нагрузки в течение суток. Это значение должно быть увеличено на 15-25% для компенсации потерь, ко­торые всегда существуют при заряде и разряде аккумуляторов .

К недостаткам режима относятся: невозможность точно опре­делить и установить необходимый ток выпрямителя, так как дей­ствительный характер изменения тока нагрузки никогда точно неизвестен, что приводит к недозаряду или перезаряду аккуму­ляторов; небольшой срок службы аккумуляторов (8-9 лет), вызы­ваемый глубокими циклами заряда и разряда; значительные коле­бания напряжения на нагрузке, так как напряжение на каждом аккумуляторе может изменяться от 2 до 2,7 В.

При режиме импульсного подзаряда (рис. 2.5) ток выпрямителя изменяется скачкообразно в зависимости от напряжения на акку­муляторной батарее GВ. При этом выпрямитель UZ обеспечивает питание нагрузки R н совместно с батареей GВ или питает нагрузку

Рисунок 2.3 – Схема буферной системы питания

Рисунок 2.4 – Режим среднего тока:

а – схема; б – диаграмма токов; в – зависимости токов и напряжений от времени; I З и I Р – соответственно токи заряда и разряда аккумуляторной батареи

Рисунок 2.5 – Режим импульсного подзаряда:

а – схема; б – диаграмма токов и напряжений; в, г – зависимости токов и напряжений от времени

и подзаряжает батарею. Максимальный ток выпрямителя устанавливают несколько больше тока, имеющего место в час наибольшей нагрузки, а минимальный ток нагрузки I В max - меньше минимального тока нагрузки I н.

Предположим, что в исходном положении выпрямитель отдает минимальный ток. Батарея аккумуляторов разряжается, и напря­жение на ней падает до 2,1 В на элемент. Реле Р отпускает якорь и контактами шунтирует резисторR. Ток на выходе выпрямителя возрастает скачкообразно до максимального. С этого момента вы­прямитель питает нагрузку и заряжает батарею. В процессе заряда напряжение на аккумуляторной батарее увеличивается и достигает 2,3 В на элемент. Вновь срабатывает реле Р, и ток выпрямителя падает до минимального; батарея начинает разряжаться. Далее циклы повторяются. Длительность интервалов времени максималь­ного и минимального тока выпрямителя изменяется в соответствии с изменением тока в нагрузке.

К достоинствам режима относятся: простота системы регули­рования тока на выходе выпрямителя; небольшие пределы изме­нения напряжения на аккумуляторной батарее и на нагрузке (от 2,1 до 2,3 В на элемент); увеличение срока службы аккумуляторов до 10-12 лет в связи с менее глубокими циклами заряда и разряда. Этот режим используют для питания устройств автоматики.

При режиме непрерывного подзаряда (рис. 2.6) нагрузка R н пи­тается полностью от выпрямителя UZ. Заряженная аккумуляторная батарея GБ получает от выпрямителя небольшой постоянный ток подзаряда, компенсирующий саморазряд. Для осуществления ука­занного режима необходимо на выходе выпрямителя установить напряжение из расчета (2,2 ± 0,05) В на каждый аккумулятор и поддерживать его с погрешностью не более ±2%. При этом ток подзаряда для кислотных аккумуляторов I п = (0,001-0,002) С н и для щелочных аккумуляторов I п = 0,01С Н. Следовательно, для вы-

Рисунок 2.6 – Режим непрерывного подзаряда:

а – схема; б – диаграмма токов; в – зависимости токов и напряжений от времени

полнения этого режима выпрямители должны иметь точные и надежные устройства стабилизации напряжения. Невыполнение этого требования приводит к перезаряду аккумуляторов или к их глубокому разряду и сульфатации.

К достоинствам режима относится: достаточно высокий к. п. д. установки, определяемый только выпрямителем (η = 0,7÷0,8); большой срок службы аккумуляторов, достигающий 18-20 лет благодаря отсутствию циклов заряда и разряда; высокая стабиль­ность напряжения на выходе выпрямительного устройства; умень­шение эксплуатационных расходов благодаря возможности автома­тизации и упрощению обслуживания аккумуляторов.

Нормально аккумуляторы находятся в заряженном состоянии и не требуют непрерывного наблюдения. Отсутствие циклов заряда и разряда и правильно выбранный ток подзаряда уменьшают сульфатацию и позволяют увеличить периоды между перезарядами и контрольными разрядами.

Недостатком режима является необходимость усложнения пи­тающих устройств за счет элементов стабилизации и автомати­зации. Режим используют в устройствах для питания аппаратуры связи.