Привет, Хабр! Сегодня мы введём в эксплуатацию сухозаряженный мотоциклетный AGM аккумулятор. Данное руководство можно использовать и для обычных сухозаряженных кальциевых АКБ с жидким электролитом.
Заодно обсудим, чем отличаются разные типы свинцовых аккумуляторов, и как это сказывается на их применении. Как всегда, будут видео и показания приборов.
Такие маленькие аккумуляторы используются в мотоциклах, скутерах, квадроциклах, гидроциклах, снегоходах, мотокультиваторах, мини-тракторах и даже опрыскивателях.
Основным отличием мотоциклетного AGM аккумулятора от привычных резервных (для источников бесперебойного питания, ИБП) и тяговых является назначение, соответственно которому нормируются ключевые параметры. У аккумуляторов, предназначенных для разных целей и условий применения, эти параметры разные.
Напряжения в этой статье будут приводиться для наиболее распространённых 12-вольтовых аккумуляторных батарей, к которым относится и подопытная.
Для стартерного или маломощного резервного аккумулятора титульной является полезная ёмкость 20- часового, иногда 10-часового разряда до 10.5 или 10.8 вольт под нагрузкой. Пример — GS-12-12 L: 12 вольт, 12 ампер*часов.
Для тягового (глубокого цикла) в качестве основного параметра нормируется ёмкость 2-часового разряда (6-DZM-12: 6 банок, то есть, 12В, 12 А*ч), для мощного резервного — мощность 15-минутного разряда (HR-W 12-34: 12В, 34 ватта на банку). Вот и ответ на вопрос, почему тяговая или премиум ИБП батарея того же напряжения, той же титульной ёмкости имеет массу, цену и иногда размер заметно выше, чем у бюджетной линейки для ИБП.
При глубоких разрядах химического источника большими для него током и мощностью вступает в силу закон Пейкерта, согласно которому, полезная отдаваемая ёмкость окажется ниже, чем при более низких токах.
Причины такого феномена — поляризация и загромождение пор активных масс продуктами реакции, в случае свинцового аккумулятора — кристаллами сульфата свинца. Выход из положения — заложить больше активных масс, что, наряду с более стойкой конструкцией тоководов, пластин и предотвращающими их разрушению сепараторами, пригодится и для повышения следующих характеристик.
Вторым и третьим важнейшими параметрами являются количество циклов заряд-разряд и срок службы при постоянном буферном подзаряде до снижения ёмкости на 20-40 процентов. Дополнительно в информационном листке (даташите) к аккумуляторной батарее производители обычно предоставляют таблицы и графики ёмкости при разных токах и мощности разряда до разных напряжений с учётом температуры.
В отличие от тяговых и резервных, стартерный аккумулятор после ёмкости имеет второй, самый ключевой параметр — пусковой ток, нормируемый как ток холодной прокрутки по тому или иному стандарту измерений. Именно он определяет способность запустить двигатель стартером, что является наипервейшей задачей автомобильной или мотоциклетной АКБ.
Потому основное свойство стартерной аккумуляторной батареи — кратковременно выдавать весьма значительный ток, а затем оперативно восполнять затраченный заряд от генератора.
Стартерный аккумулятор современного транспортного средства, в котором много потребителей электроэнергии, в том числе, таких мощных, как нагревательные приборы и лебёдки, которое часто эксплуатируется в «городском» режиме коротких поездок, кроме достойной ёмкости, должен обладать и третьим важным свойством — способностью выдерживать циклирование и длительное пребывание в состоянии частичной заряженности — PSoC, partial state of charge. Именно поэтому под капот всё чаще ставят AGM или EFB (SFB и др.) — стартерные батареи, имеющие некоторые черты тяговых.
В AGM — absorbent glass mat — жидкий электролит не плещется свободно, а пропитывает сепараторы из стекловолокна — стекломаты. Подобные стекломаты, наряду с конвертами, защищающими пластины, могут быть в конструкции EFB, где электролит свободно плещется. Также эти батареи премиум-сегмента снабжены усиленными решётками и утолщёнными активными массами по сравнению с обычными стартерными и дешёвыми резервными. Всё это повышает надёжность и стойкость, но чаще всего затрудняет диффузию ионов и перемешивание электролита, потому при эксплуатации продвинутых АКБ следует учитывать их особенности.
Итак, перед нами новый AGM аккумулятор Siltech DC MF 1205 12 В 5 А*ч. В комплекте паспорт с инструкцией на русском языке, сам аккумулятор, винты с гайками для клемм, удобная батарея капсул с дозированным электролитом и клапанные пробки на заливные горловины, конструктивно объединённые с верхней крышкой.
Вскрывать ёмкости с электролитом не следует, плёнки на горлышках капсул пробиваются иглами заливных горловин при установке ёмкости на аккумулятор. Но мы всё же проткнём одну из плёнок, чтобы измерить плотность рефрактометром. (Не повторяйте это!)
Плотность чуть выше 1.31. В очередной раз убеждаемся, что в AGM заливают электролит повышенной плотности.
Формовка сухозаряженных аккумуляторов производится на заводе, далее пластины сушат, и уже из сухих формованных пластин собирают аккумулятор. Срываем наклейку, предохраняющую от кислорода, влаги и пыли, видим заливные горловины с иглами.
Перед заливкой электролита подключим к клеммам АКБ вольтметр с регистратором, чтобы посмотреть, как произойдёт активация химического источника тока. Исходная температура аккумулятора 24.3 градуса Цельсия.
Аккуратно переворачиваем ёмкость-дозатор, устанавливаем её сверху батареи и утапливаем вниз, прокалывая плёнки на горлышках. Это пришлось делать двумя руками. потребовалось прилагать усилие равномерно с левой и правой стороны.
Ещё не весь электролит поступил в банки аккумулятора, а его температура уже поднялась почти на 2 градуса, до 26.2.
Убедились, что весь электролит вытек, снимаем ёмкость-дозатор. Температура 31 градус.
Активация идёт полным ходом, с выделением теплоты. Реакция экзотермическая.
Так как электролит поступал в банки неравномерно, рост напряжения при активации также неравномерный. За минуту напряжение разомкнутой цепи (НРЦ) поднялось с 10.72 до 12.55 вольт, затем две минуты росло до 12.7 и продолжает расти.
Прошло полчаса, на клеммах 12.78 В. Температура снижается, активацию можно считать завершённой.
Мотоциклетные аккумуляторы маркируются в японском индустриальном стандарте JIS. Нашу АКБ производитель маркировал собственным кодом DC MF 1205, но в JIS такой типоразмер обозначается UT5L-BS. Именно этот пункт выбираем в меню тестера.
Внутреннее сопротивление 18.18 мОм, ток холодной прокрутки 165 А, НРЦ 12.72 В. Батарея исправна.
Тестер показывает, что АКБ полностью заряжена, но инструкция предписывает, что перед установкой аккумулятора на транспортное средство после активации его обязательно необходимо зарядить, в противном случае батарея теряет до 20% ёмкости.
Инструкция рекомендует заряжать током 1/10 ёмкости, (в нашем случае 500 мА), и остановить заряд при достижении напряжения 16 вольт. Рекомендуется полная зарядка на стационарном зарядном устройстве не реже, чем один раз в 3 месяца.
В лаборатории автоэлектрики «Вектор» мы предпочитаем при заряде постоянным током перед высоковольтным дозарядом произвести этап основного заряда током 10% ёмкости до напряжения от 14.1 до 14.8 вольт, в зависимости от типа аккумулятора, (обычно 14.4-14.7), дождаться снижения тока при этом напряжении, и заряжать далее при повышенном напряжении более низким током, обычно 2% от ёмкости.
Однако одноэтапный профиль из инструкции Siltech предписывает не держать АКБ при 16 вольтах, а сразу отключать заряд по достижении этого напряжения. Так как это стартерная AGM, этот профиль можно считать годным для безопасного заряда, но в таком случае важно не прозевать момент достижения 16 вольт и немедленно отключить ток.
Заряжать можно как стабилизированным источником тока и напряжения в виде зарядного устройства (ЗУ) или блока питания, так и ЗУ с автонастройкой параметров заряда с микропроцессорным управлением в реальном времени. Таких продвинутых автоматов сегодня существует много, например, зарубежные СТЕК, Optimate, NOCO и отечественные изделия от предприятий ЛБ-Электро, Автоэлектрика, Балсат. Мы воспользуемся прибором Бережок-V на базе ЗУ Вымпел-30 производства Орион СПБ.
При запуске заряда автомат подал на нашу 5 А*ч АКБ ток, выросший примерно за секунду от рекомендованных в инструкции 0.5 до 5 ампер, то есть, 1C, 100% ёмкости, казалось бы, десятикратное превышение. Что это, глюк, сбой, ошибка или недоработка алгоритма?
На самом деле, никакого превышения нет. По Вудбриджу, ток начала заряда постоянным напряжением как раз составляет 100% ёмкости. И такое начало первого этапа далеко не редкость из мира сверхбыстрых методов заряда и полезных моделей, их реализующих. Наоборот, это происходит повседневно — под капотом авто. Генератор автомобиля часто выдаёт 60 ампер, а то и больше, 60 А*ч аккумуляторной батарее. Но это не значит, что так можно зарядить аккумулятор за час, или что этот ток можно держать вплоть до 16 вольт. Как только напряжение на клеммах достигает уставки регулятора напряжения, зарядный ток снижается.
Не всегда состояние аккумуляторной батареи позволяет принимать такой высокий ток после запуска двигателя стартером, часто мешает прогрессирующий разбаланс из-за недозаряда и сульфатации. И увы, никогда полный выравнивающий восстановительный заряд не может осуществиться при напряжениях бортовой сети автомобиля, (если не говорить о гипотетических сложных микропроцессорных системах, где в бортсети есть контроллер заряда, датчик батарейного тока, и так далее). Потому не реже, чем раз в 3 месяца, аккумулятору необходим стационарный заряд. Стационарный — то есть, не от штатного генератора, а от специализированного зарядного устройства или источника питания, адекватно управляемого вручную или автоматом.
5 ампер было при 13.5 вольтах, а по прошествии 5 минут при 14.1 В всего 4 ампера. Далее напряжения будут расти, а максимальные токи снижаться, это общее правило почти всех методов и профилей заряда. Исключение составляют специальные режимы для эффективного перемешивания электролита, когда подаются значительные токи при перенапряжениях в течение нормированного времени, а также режимы буферного и периодического подзаряда в хранении. Параметры этапа зависят также от температуры аккумулятора, которая может меняться в ту или иную сторону по внутренним и внешним причинам несколько раз на протяжении заряда.
На утро следующего дня ЗУ в режиме хранения, заряд завершён. На клеммах 13 вольт.
Тестер показывает 16.38 мОм, 184 А, 12.88 В. Параметры батареи улучшились в сравнении с теми, что были до заряда: 18.18 мОм, 165 А, НРЦ 12.72 В.
Электронную нагрузку настроим на ток 20-часового разряда по ГОСТ до 10.5 вольт. Для 5 А*ч АКБ этот ток равен 250 мА.
Аккумулятор отдал 5.461 А*ч. Прекрасный результат.
На разряженной АКБ тестер показывает 129.87 мОм, ТХП 24 А, здоровье 16%, НРЦ 11.03 В, и предписывает зарядить и повторно проверить.
Степень заряженности 0%, потому и внутреннее сопротивление высоко, здоровье и токоотдача низкие. Будем заряжать.
Прошли 2 часа после заряда, можно закрыть крышку и использовать аккумулятор по назначению. Он введён в эксплуатацию.
Показания тестера после разряда 15.27 мОм, 196 А, 12.92 В. Благодаря контрольно-тренировочному циклу (КТЦ), они ещё более улучшились с предыдущих 16.38 мОм, 184 А, 12.88 В. Здоровье АКБ 100%.
По итогам измерений, и пусковой ток, и ёмкость данного аккумулятора соответствуют заявленным, производитель не обманывает, эту сухозаряженную АКБ можно рекомендовать к приобретению.
Итак, после заливки сухозаряженного свинцово-кислотного аккумулятора его действительно необходимо зарядить, чтобы не получить потерю ёмкости и токоотдачи, что мы увидели из показаний приборов в данном эксперименте.
Статья составлена в сотрудничестве с аккумуляторщиком Виктором VECTOR.
