Strona audioretro.pl jest stroną hobbystyczną, więc nie wykorzystuję ciasteczek zapisanych na Twoim komputerze.
Ale oczywiście w każdej chwili możesz je wyłączyć w swojej przeglądarce.
projekty audio >> nie tylko lampowe >
I bezpiecznie! I zasilacz preampa I wzmacniacz na LM I hybryda słuchawkowa I opóźniacz I ładowarka I płytka drukowana I akumulatory żelowe I porady I oscyloskop I pomiary oscyloskopem I pomiary programem I
Akumulatory ołowiowe - kilka uwag o działaniu i eksploatacji
Akumulatory kwasowo-ołowiowe są stosunkowo niedrogie i łatwo dostępne. Można je kupić na aukcjach internetowych (najtaniej), w sklepach elektrycznych, elektronicznych a także motoryzacyjnych.
W akumulatorach ołowiowych, jedna elektroda (anoda) jest wykonana z ołowiu (płyta ołowiana) a druga - katoda - wykonana jest z dwutlenku ołowiu. Elektrody zanurzone są w elektrolicie, którym jest 37% wodny roztwór kwasu siarkowego.
Podczas rozładowania (poboru prądu) zachodzą reakcje elektrochemiczne, gdzie tak ołów jak i dwutlenek ołowiu zamienia się w siarczan ołowiu, kosztem kwasu siarkowego, którego stężenie ulega zmniejszeniu. Proces ten jest odwracalny, ładowanie powoduje przemianę siarczanu ołowiu w ołów oraz dwutlenek ołowiu i na powrót zwiększa się stężenie kwasu siarkowego. Najpopularniejsze są akumulatory o napięciu 12 V, stosuje sie także 6 V i 24 V.
Akumulator 12-woltowy składa sie z 6 cel, której znajdują sie elektrody zanurzone w elektrolicie, elektrody połączone są szeregowo, dając w sumie napięcie będące wielokrotnością ilości cel. Każda cela wytwarza napięcie 2 V - a dokładniej 2,1 V - tak więc w pełni naładowany akumulator wytwarza napięcie 12,6 V. Napięcie to, w miarę wyczerpywania sie energii elektrycznej spada, w skrajnych przypadkach nawet do zera, do czego nigdy nie należy dopuszczać.
Takim najniższym granicznym napięciem jest 10,5 V, przy którym ładowanie jest obowiązkowe, jeśli zależy nam na trwałości akumulatora. Pojemność akumulatora podaje się w Ah (amperogodzinach). Oznacza to, że np. z akumulatora o pojemności 7 Ah, można czerpać prąd o natężeniu 1 A przez 7 godzin.
Tryb pracy akumulatorów (nie tylko) ołowiowych Akumulatory mogą pracować: - w trybie buforowym - w trybie cyklicznym Praca w trybie buforowym polega na nieprzerwanym zasilaniu akumulatora, a akumulator jest źródłem energii tylko w rzadkich przypadkach gdy zbraknie napięcia w sieci energetycznej jak np. w UPS-ch komputerowych, kasach fiskalnych czy alarmach. Praca w trybie cyklicznym - akumulator jest cyklicznie ładowany i rozładowywany, a ładowanie trwa dość krótko, tyle, by naładować akumulator. Taki sposób eksploatacji jest np. w samochodach elektrycznych, rowerach elektrycznych, hulajnogach itp., chociaż w tych urządzeniach obecnie stosuje się najczęściej odmiany akumulatorów litowych. Zwykle producenci optymalizują je do danego typu pracy, chociaż granica jest płynna i pamiętając o pewnych ograniczeniach, akumulator można stosować tak w pracy cyklicznej jak i buforowej. Producenci często podają w instrukcji sposób ładowania akumulatora w pracy ciągłej oraz cyklicznej. Rodzaje akumulatorów ołowiowych Najczęściej spotykane konstrukcje akumulatorów (poza specjalnymi czy przemysłowymi) można podzielić na 3 rodzaje: - MF (ang. maintenance free) – bezobsługowe klasyczne akumulatory z płynnym elektrolitem o zamkniętej konstrukcji i ograniczonej możliwości otwarcia obudowy (np. rozruchowe do samochodów); - AGM (ang. absorbtive glass mat) – akumulatory z płynnym elektrolitem zabsorbowanym w separatorze wykonanym z maty szklanej (najczęściej spotykane w szczelnej obudowie, pracują w UPS-ach, alarmach, urządzeniach elektrycznych i wszędzie tam, gdzie istnieje potrzeba zasilania urządzeń elektronicznych, często mylone z żelowymi ze względu na podobną obudowę); - żelowe (ang. gel) – akumulatory z elektrolitem żelowym. Elektrolity żelowe są nadal wodnymi roztworami kwasu siarkowego, jednak dodaje się do nich środka żelującego (np. żywice silikonowe), który jednocześnie zapobiega parowaniu wody i wyciekom. Zastosowanie podobne jak AGM. Problemy podczas eksploatacji Akumulatory ołowiowe nie są idealne, podczas ich eksploatacji występują pewne problemy. 1. Elektroliza
Podczas ładowania, gdy dostarczana energia spowoduje już przemianę chemiczną prawie całej masy czynnej, wtedy energia elektryczna powoduje elektrolizę wody rozkładając ją na wodór i tlen gazowy. Gazy ulatniają się przez zawory bezpieczeństwa, ale ubywa elektrolitu, bowiem woda rozkładana jest na składniki gazowe. W starych akumulatorach (a obecnie w akumulatorach trakcyjnych) należało systematycznie sprawdzać poziom elektrolitu i uzupełniać go wodą destylowaną.
We współczesnych akumulatorach problem ten rozwiązano dodając do elektrolitu katalizator, dzięki któremu powstały tlen i wodór z powrotem łączą się w cząsteczki wody. Jednak taka regeneracja działa przy niedużym gazowaniu. Przy zbyt dużym napięciu (prądzie) ładowania nie wszystkie gazy zdążą się połączyć i cześć z nich ulatnia się przez zawory bezpieczeństwa. Następuje ubytek wody i mówi się, że "akumulator wysycha".
2. Zasiarczenie
Innym problemem podczas eksploatacji jest "zasiarczenie" akumulatora. Otóż, podczas rozładowania akumulatora, zwiększa się ilość siarczanu ołowiu na elektrodach, i dopóki ma on postać drobnoziarnistą, jaką nadał mu producent - jest to pożądane, bowiem dzięki takim przemianom akumulator gromadzi energię i ją oddaje. Ale w tym czasie także zachodzą (samoistnie) niepożądane procesy, gdzie siarczan ołowiu zmienia swą postać na krystaliczną, która jest izolatorem elektrycznym. Zapobiega się tym przemianom za pomocą specjalnej budowy elektrod.
Jednak proces krystalizacji przyspiesza, gdy akumulator przez dłuższy czas jest mocno rozładowany. Taki "zasiarczony" akumulator znacznie traci pojemność. Dlatego nie należy dopuszczać do głębokiego rozładowania, poniżej 1.75 V pojedynczej celi (czyli 10,5 V dla akumulatora 12 - voltowego). Częściowo proces głębokiego zasiarczenia można odwrócić poprzez specjalny proces regeneracji akumulatora. 3. Samorozładowanie
Innym problemem jest samorozładowanie akumulatorów. Podczas gdy akumulator nie jest eksploatowany, następuje samoistne rozładowanie, którego tempo zależy od wielu czynników, z których największy wpływ ma zły stan techniczny (wyeksploatowanie) akumulatora. Zwykle wynosi 3-20% miesięcznie, stąd konieczność okresowego doładowania, by nie dopuścić do zasiarczenia elektrod. W akumulatorach samochodowych, zdarza się opadanie masy czynnej elektrod pod wpływem wibracji pojazdu, co przy większym nagromadzeniu masy na dnie akumulatora powoduje zwieranie elektrod i szybkie rozładowanie. Z reguły taki akumulator szybko kończy żywot. 4. Warunki eksploatacji
Wydajność (pojemność) akumulatora zależy od temperatury eksploatacji. W niskiej (ujemnej) temperaturze akumulatory tracą sporo na pojemności (wielu kierowców spotkało ten problem zimą), natomiast zbyt wysoka temperatura otoczenia z kolei niekorzystnie wpływa na ich trwałość. Uwaga
"Zwykle" akumulatory ołowiowe (np. rozruchowe, samochodowe) podczas dłuższego przechowywania wymagają oprócz regularnego doładowywania, także potrząsania, czy przechylania akumulatora. Dlaczego? Otóż, w takim stojącym bez ruchu akumulatorze zachodzą procesy fizykochemiczne w wyniku których następuje rozwarstwienie elektrolitu: bardziej stężony opada na dno, natomiast rozcieńczony znajduje sie bliżej powierzchni. Powoduje to szybką degradację płyt czynnych i utratę pojemności. (Źródło: instrukcja obsługi akumulatora ołowiowego) 5. Trwałość
Jeśli chodzi o trwałość to jest ona ograniczona i zależna od warunków w których akumulatory pracują, od sposobu ładowania i od przeznaczenia. "Zwykłe", czyli ogólnodostępne akumulatory mają trwałość określoną cyklami ładowania i standardowo wynosi ok. 500-600 cykli ładowania. Akumulatory specjalnego zastosowania, używane np. w energetyce, przemyśle, wózkach widłowych czy pojazdach elektrycznych typu Meleks przeznaczone do tzw. "głębokiego rozładowania" wytrzymują 1200-1500 cykli ładowania i są znacznie wydajniejsze. Dla akumulatorów przeznaczonych do pracy buforowej trwałość wynosi ok. 5 lat, pod warunkiem prawidłowej eksploatacji. Niektórzy producenci deklarują trwałość 10-12 lat
Niestety, bywa i tak, że kończą one żywot po 2-3 latach, o czym doskonale wiedzą ci, którzy używają UPS-ów w swoich systemach komputerowych. 6. Wydajność a sposób ładowania
Wiemy już, że ładując akumulator ołowiowy, po przekroczeniu pewnego stanu naładowania akumulator zaczyna gazować, bowiem następuje elektroliza wody zawartej w elektrolicie. Dotyczy to każdego typu akumulatora kwasowo-ołowiowego, tylko w różnych typach skutki są inne, o czym wspominałem wcześniej.
Jeżeli stosujemy szczelny akumulator (tzw. bezobsługowy), to przy wolnej elektrolizie katalizator zdąży zamienić wodór i tlen w wodę. W pracy buforowej akumulatory 12-voltowe zasilane są napięciem 13,4-13,8 V i katalizator zdąży zregenerować gazy. Jeżeli napięcie wzrośnie do 14-15 V a ładowanie będzie trwać zbyt długo pojawi sie problem nadmiaru gazów, które spowodują zadziałanie zaworów bezpieczeństwa. Jednak w skrajnych przypadkach może dojść do niekontrolowanego wzrostu ciśnienia i rozerwania obudowy. W pracy cyklicznej napięcia zasilania są wyższe, normą jest ładowanie napięciem 14,4 V (znamy to z samochodów) do nawet 15 V. Jeśli ładowanie zostanie odłączone po pełnym naładowaniu akumulatora, to nic się nie dzieje. Katalizator zregeneruje gazy, być może niewielka część ulotni sie przez zawory bezpieczeństwa. Najgroźniejsze podczas ładowania szczelnych akumulatorów jest przeładowanie długotrwałe i tego należy się wystrzegać! Ale podczas ładowania występuje jeszcze jeden problem - do pełnego naładowania (pełnej przemiany składników elektrod) potrzebne jest (dla akumulatorów 12-voltowych) napięcie ładowania 14,4-15 V podawane przez dłuższy czas. Wtedy akumulator osiąga maksymalną wydajność. Nasuwa sie więc oczywisty wniosek - w pracy buforowej niemożliwe jest uzyskanie pełnej wydajności. I tak w rzeczywistości jest - możliwa wydajność w tym trybie to ok. 70-80% deklarowanej przez producenta wydajności.
Eksploatacja w praktyce
Okresowy tryb pracy, czyli tryb pracy, po którym następuje ładowanie.
W tym trybie napięcie ładowania powinno wynosić 14,4 -15 V (dla akumulatorów 12-voltowych) a prąd nie powinien przekraczać 0,3C (C - pojemność akumulatora, np. 7Ah), chociaż zalecane jest ładowanie prądem 0,1C (czyli nie więcej niż 0,7A dla akumulatora 7Ah).
By w pełni wykorzystać pojemność akumulatora należy ładować nieco dłużej, mimo gazowania. Napięcie akumulatora zmierzone natychmiast po odłączeniu ładowarki jest bliskie napięciu ładowania (np.14,5-14,6 V), by po kilku godzinach ustabilizować się na wartości 12,6-12,7 V (o ile wszystkie cele są sprawne).
Podczas pracy buforowej akumulator przez większą część czasu jest ładowany, natomiast pracuje w razie potrzeby (jak np. w UPS-ach, alarmach, kasach fiskalnych). Napięcie ładowania stosuje się nieco niższe, 13,8V, a prąd ładowania nie powinien przekraczać 0,05C (czyli nie więcej niż 0,35A dla akumulatora 7Ah).
Jak poznać że akumulator nie jest w pełni sprawny?
Sprawny akumulator 12-voltowy, po odłączeniu od zasilania (ładowarki) ma napięcie 13-14 V, a spadek napięcia do wartości 12,6 V następuje powoli (gdy nie jest obciążony, oczywiście), by utrzymywać to napięcie przez długi czas .
Akumulatory o zmniejszonej pojemności szybko się rozładowują podczas eksploatacji, natomiast gdy nie są obciążone, to napięcie samoczynnie spada po stosunkowo krótkim czasie od odłączenia ładowania.
Gdy eksploatujemy kilka akumulatorów w jednym urządzeniu, to po jakimś czasie ich pracy należy zmierzyć napięcia na poszczególnych akumulatorach - łatwo wtedy oceniać ich stan. Ten mniej sprawny ma napięcie niższe od pozostałych. Według moich doświadczeń różnica 0,5V, czasem 1V jest jeszcze dopuszczalna (w przypadku akumulatorów 12V).
Jeżeli akumulator nie jest regularnie ładowany, napięcie spada w wyniku samorozładowania i z czasem następuje utrata pojemności, spowodowana z zasiarczeniem płyt. Gdy zasiarczenie nie jest zbyt duże, akumulator można jeszcze zregenerować.
Należy go rozładować do granicznego 10,5V a następnie ładować MAŁYM prądem przez kilka dni. Akumulator odzyskuje część utraconej pojemności, chociaż nie każdy udaje się uratować.
Próby regeneracji można dokonać także w przypadku akumulatora całkowicie rozładowanego. W takim akumulatorze napięcie wynosi 0 V, a zamiast elektrolitu znajduje się czysta woda. Czysta woda, jak wiemy nie przewodzi prądu, tak więc ładowanie nie zawsze jest możliwe. Prąd ładowania w takim akumulatorze jest prawie zerowy, ale jeżeli wynosi choć kilka miliamperów, to jest nadzieja że uda się "odpalić" proces ładowania.
Można wtedy próbować ładować początkowo dwukrotnie wyższym napięciem od nominalnego, ale tylko dotąd, dopóki nie wystąpią pierwsze oznaki ładowania, czyli prąd ładowania zaczyna szybko rosnąć. Wtedy zmniejszamy napięcie ładowania do takiej wartości by prąd nie przekraczał granicznego 0,3C, a lepiej, 0,1C. Potem zmniejszamy ładowanie do zalecanej wartości i akumulator ładujemy przez dłuższy czas, nawet kilka dni, małym już prądem. Zresztą regulacja prądu zachodzi samoczynnie, bowiem w miarę ładowania akumulatora prąd ładowania jest coraz mniejszy.
Jeżeli prąd ładowania po jakimś okresie nie zmniejsza się, a bywa że ROŚNIE, to znak, że akumulator jest uszkodzony - ma wewnętrzne zwarcie. Wewnętrzne zwarcia spowodowane odpadnięciem masy czynnej, są częstą przyczyną uszkodzenia akumulatora. Taki akumulator nie nadaje się do użytku - rozładowuje się samoczynnie.
Podczas regeneracji niesprawnych akumulatorów przydaje się ładowarka z regulacją napięcia ładowania oraz woltomierz i amperomierz. Bezpieczeństwo: Zanim zaczniesz pracować z wysokimi napięciami, poczytaj o skutkach działania prądu na organizm człowieka na stronie "Bezpiecznie!"
Urządzenia elektroniczne zwykle są zasilane z sieci 230V.
Napięcie sieciowe jest niebezpieczne, dlatego stosuj przemyślane rozwiązania swoich konstrukcji tak, by nie narazić siebie i innych użytkowników na porażenie prądem elektrycznym!
projekty audio >> nie tylko lampowe >
I bezpiecznie! I zasilacz preampa I wzmacniacz na LM I hybryda słuchawkowa I opóźniacz I ładowarka I płytka drukowana I akumulatory żelowe I porady I oscyloskop I pomiary oscyloskopem I pomiary programem I
|
