Буферный режим заряда. Буферное зарядное устройство для автомобильного аккумулятора

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.

Буферный режим работы аккумуляторных батарей является самым «любимым» - батарея находится на постоянной подзарядке и очень редко получает глубокий разряд. В таком режиме аккумулятор прослужит вам максимально долго.

Примером использования аккумулятора в буферном режиме может быть источник бесперебойного питания: когда присутствует сеть, аккумулятор постоянно держит заряд, а в момент, когда сеть пропадает, аккумулятор начинает отдавать накопленную энергию. В компьютерных источниках бесперебойного питания обычно используют аккумуляторы 12 В ёмкостью от 7 до 26 А-ч, это даёт возможность компьютеру проработать от аккумулятора дополнительных 10-15 минут при отключении электричества.

Сфера применения при буферном режиме:

накопители солнечной энергии
источники бесперебойного питания (ИБП)
системы аварийного освещения
лифты
пожарные и охранные системы
контрольно-кассовые аппараты
аварийные системы

Циклический режим

Циклический режим работы является самым «жёстким» для аккумуляторной батареи. В таком режиме её полностью разряжают, потом ставят на зарядку и снова полностью разряжают. Срок службы в таком случае будет зависеть от глубины разряда аккумулятора.

Большинство свинцово-кислотных аккумуляторов AGM-типа имеют циклический ресурс не более 300 циклов 100% разряда, но уже существуют аккумуляторы нового поколения, циклический ресурс которых составляет 600 циклов 100% разряда.

Сфера применения при циклическом режиме:

поломоечные машины
лодочные моторы
электромобили
погрузочная техника и т.д.

Эксплуатационный срок службы всех без исключения аккумуляторных батарей диктуется несколькими факторами: качеством конструкции самой батареи , используемыми материалами , типа модели . Но самый главный, решающий фактор - это правильный батарейный заряд , о котором знают не все пользователи современных аккумуляторов.

Небольшой обзор мы посвятим процессу зарядки аккумулятора, установим основные правила, особенности заряда батарей, создав своеобразную инструкцию зарядных особенностей современных моделей.

Общие принципы эксплуатации аккумуляторных батарей

Первым делом развенчаем общеизвестный миф. Многие пользователи АКБ, магазинные «специалисты», сервисы твердят постоянно однообразную мантру: чтобы аккумулятор правильно, стабильно работал, необходимо его перед использованием полностью разрядить, потом полностью зарядить. Такие «специалисты» заходят еще дальше, утверждая, что для стабильной, долговечной работы аккумуляторы необходимо регулярно разряжать.

Все это только миф, если не сказать резче. АКБ без исключения всех типов прослужат вам дольше, если будут испытывать как можно меньше разрядов. Разрядный процесс разрушает внутри качественной батареи электродные решетки, которые начинают деформироваться. Для некачественных модельных вариантов, изготовленных из второсортных материалов, подобные «разрядные встряски» могут быть эффективны. Их пластины максимально загрязнены. Если не проводить периодические разряды, грязь может полностью вывести из строя АКБ.

Однако используя качественные современные модели, очень важно, чтобы аккумулятор работал с постоянным подзарядом (так называемый буферный режим).

Основные режимы работы

Чтобы описание зарядного процесса было более понятным, следует изначально прояснить следующую ситуацию: каким режимом эксплуатируется ваша АКБ? Существует два основных режима:

буферный режим: принцип работы основан следующим образом - модель находится при постоянной «подпитке» сетью. Когда источник питания отключается, она отдает собственный заряд оборудованию. Если источник питания снова подключен - аккумулятор начинает подзаряжаться. Подобный режим - наиболее подходящий современным моделям. Например, эксплуатационный срок AGM-аккумулятора буферного режима (при температуре около двадцати градусов) составляет двенадцать лет. Наиболее характерное применение буферного режима -современные источники БП;
циклический режим: здесь модели полностью разряжаются, заряжаются как минимум один раз в сутки. При этом срок их эксплуатации измеряется не временем, а предзаданным количеством циклов. Срок работы дополнительно диктуется глубиной разрядного процесса.

Пример использования циклического режима - современные поломоечные машины, мобильные кофемашины, детские развлекательные автомобили. Иногда современные «специалисты» предлагают в комплект подобному оборудованию стартерные АКБ, применяемые автомобилистами. Их аргумент - дешевизна моделей. Развенчаем этот миф. Стартерные варианты эффективны только во время первоначального завода автомобиля, после чего аккумулятор подпитывается генератором . Подобные модели оснащены достаточно тонкими электродными пластинами, поэтому кофемашины или поломоечных агрегаты с их постоянными разрядами стартерные модельные варианты не приемлют, они закончат свое существование через пару месяцев

Инструкция по заряду АКБ

Приступим к особенностям заряда АКБ. Начнем рассматривать первый режим, наиболее приемлемого режима многими моделями - буферного. Современные аккумуляторы изготавливаются таким образом, что показатель номинального напряжения одного элемента равняется 2В, однако такое число нестабильное - показатели могут варьироваться. Обычно с бытовыми целями применяются батареи, содержащие три элемента (6В) или шесть (12В).

Заряд аккумулятора: «буферный» режим

Чтобы правильно заряжать АКБ в буферном режиме, необходимо выставить зарядное напряжение на уровне 2.27 - 2.30В на каждый элемент. В шестивольтовом аккумуляторе напряжение будет составлять 6.8 - 6.9, аккумулятор с шестью элементами - показатель 13.6 - 13.8В.

Зарядный ток обязательно следует ограничивать. Он должен составлять 30% от номинальной емкости батареи, измеряемой амперами (показатель берется за 10 часов работы батареи). Например, аккумулятор емкостью 100 Ач должна заряжаться без превышения показателя 30А. Гелевые батареи «ограничиваются» немного меньше - 20%.

Заряд батареи в циклическом режиме

Переходим к следующему способу работы - циклическому. Здесь наши параметры зарядного напряжения несколько изменяются. Двухвольтовый элемент следует заряжать при помощи зарядного напряжение уровня 2.4 - 2.45В. Шестивольтовый с тремя элементами должен подзаряжаться уровнем 7.2 - 7.35В. Батареи 12 В обладают данным параметром на уровне 14.1В. Параметры актуальны для АКБ технологии AGM.

Гелевые модели снижают параметры немного вниз: двухвольтовые модели - 2.35В, шестивольтовые - 7.05В, двенадцативольтовые - 14.1В.

Обе модели заряжать следует с током заряда в 20% расчете от емкости батареи. Для моделей с емкостью в 100 Ач такой параметр будет составлять 20А.

Время зарядки аккумуляторных батарей

Продолжительность процесса заряда АКБ зависит от степени разряженности модели. Сначала аккумулятор заряжается ускоренным режимом, так называемом «бустерном». Затем ток заряда постепенно падает, в результате доходит до минимума при полном заряде аккумулятора.

Падение зарядного тока до 2-3 мА на каждый ампер-час емкости батареи - вот критерий полной зарядки. Например, на батареях с емкостью 100 Ач такой показатель будет равняться 200-300 мА. Чтобы довести заряд батареи до ста процентов, следует продолжать процесс на таких малых токах еще около часа.

Время заряда циклического режма составляет около десяти часов, при этом, как мы понимаем, батарея полностью разряжена. Буферный режим полный заряд может осуществляться от тридцати до сорока восьми часов.

Дополнительные особенности

Немаловажный фактор правильного заряда - это ее «перенасыщение». Аккумулятору необходимо отдать где-то на двадцать процентов больше, чем указывается в параметре «номинальная емкость». Аккумулятор будет работать более стабильным режимом, отдавать больше энергии.

Рекомендуемая температура заряда - от двадцати до двадцати пяти градусов. При более низких температурных показателях процесс заряда происходит намного дольше. Если заряжать аккумулятор в температуре примерно ноль градусов, такой процесс практически не имеет смысла - аккумулятор не зарядится. Иногда на зарядных устройствах предусмотрена функция термокомпенсации, которая позволяет устройству переключать напряжения в зависимости от изменения температуры. Подобные модели - наиболее подходящий вариант для нестабильного климата.

Таким образом, соблюдая все правила зарядки современных аккумуляторов, вы сможете значительно увеличить срок службы ваших моделей.

Все мы привыкли в благам цивилизации, и когда что то из удобств исчезает, человек ощущает сильный дискомфорт. У большинства иногда пропадает электроэнергия, так как состояние электросети в большинстве городов очень старые и аварии происходят довольно часто. После того как я в очередной раз 4 часа просидел в темноте, я решил что нужно что то делать... И решение пришло довольно быстро. Аккумулятор 12V 7Ah, такие используются в компьютерных бесперебойниках, небольшая схема, которая будет поддерживать данный аккумулятор, всегда в заряженном состоянии, кусок светодиодной ленты, и Разъем для подключения роутера (без интернета скучно), ноутбук и планшет слава богу имеет свой аккумулятор... И все, нам теперь есть чем заняться и без центральной поставки электроэнергии....
Схема зарядки держит аккумулятор в буферном режиме, то есть на аккумулятор всегда поступает напряжение определенного уровня, что поддерживает его в заряженном состоянии. Производители пишут на корпусе какое именно напряжение необходимо для вашей батареи. Обычно оно лежит в пределах 13,5 - 13,8 вольта. Под таким напряжением аккумулятор может быть подключен к сети постоянно.

Схема зарядного устройства состоит с сетевого трансформатора, стабилизатора напряжения на микросхеме LM317, и аккумуляторной батареи. Все монтируется на небольшой печатной плате, микросхему lm317 необходимо установит на радиатор.

Настройка заключается в установке напряжения на выходе зарядного устройства 13,5 - 13,8 вольта. Для питания роутера я дополнительно ставил кренку на 9 вольт. При емкости аккумулятора 7Ah. метр светодиодной белой ленты и роутер работал более 4 часов, больше не проверялось, свет обычно включают...
Скачать схему, файл печатной платы, аварийного источника бесперебойного питания