Хотя высококачественные батареи стоят дороже, но они также более надежны, а их более длительный срок службы позволяет в долгосрочной перспективе окупить вложения.

То, как долго они прослужат, напрямую связано с тем, как они используются. Простое знание того, что вы должны и чего не должны делать с батареей, спасет ваши деньги - особенно если ваша батарея большой емкости. Давайте посмотрим на батареи и на пять простых способов продлить их жизнь…

В этой статье мы рассмотрим основные причины преждевременного выхода из строя батарей, их - несколько:

1. Аккумулятор разряжен и не заряжается
2. Постоянное хроническая недозарядка
3. Перезарядка
4. Зарядка слишком большим током
5. Игнорирование соображений температуры

Эта статья посвящена именно свинцовым батареям. Есть также много других типов батарей, таких как литиевые, но эта статья-  именно о свинцовых.

Чтобы понять, что происходит внутри батареи, нам нужно знать, как она устроена, и что происходит, когда мы разряжаем и перезаряжаем ее.

Напряжение одной ячейки свинцово-кислотного аккумулятора равно примерно 2 В. Поэтому в 12-вольтовой батарее имеется шесть таких элементов - каждый из которых содержит две свинцовые пластины, которые погружены в разбавленную серную кислоту (электролит) - которая может быть либо жидкой, либо в виде геля. Оксид свинца не является твердым, и должен иметь большую площадь, и поэтому его делают сетчатым. Пористость свинца в этом состоянии делает его максимально доступным для электролита, что позволяет относительно легко протекать химической реакции по всей толщине пластины, поскольку батарея выполняет свою задачу хранения и выделения энергии.

Эта химическая реакция довольно сложна, но нам нужно иметь в виду только несколько вещей: при разрядке батареи серная кислота высвобождается из электролита и объединяется со свинцовыми пластинами с образованием сульфата свинца. И наоборот - зарядка батареи заставляет сульфат покидать свинцовые пластины и снова возвращаться в электролит. Второе, что нам нужно заметить, это то, что если зарядное напряжение слишком высокое или поддерживается слишком долго, начинается другая химическая реакция: вода в электролите разлагается на кислород и водород -  и электролит выкипает.

Разложение воды в электролите на кислород и газообразный водород (электролиз) является нормальным явлением на последних этапах зарядки аккумулятора, но обычно оно весьма ограничено. Аккумуляторы с жидким электролитом требуют периодического наполнения (долива дистилированной) водой для поддержания уровня электролита. Аккумуляторы, не требующие обслуживания, не требуют долива - на самом деле их невозможно доливать, потому что они герметично запечатаны. Герметизация батареи предотвращает выход водорода и кислорода. вместо этого они рекомбинируют под давлением, газы улавливаются и повторно поглощаются во время цикла разряда. Такие батареи снабжены клапаном сброса давления в случае чрезмерного выделения газа - вызванного зарядкой при слишком высоком напряжении. Мы рассмотрим это позже.

Управляемое движением электронов, циклическое прохождение туда-сюда сульфата между свинцовыми пластинами и электролитом звучит довольно просто - так что же может пойти не так? 

Вот основные причины:

1. Губчатые свинцовые пластины могут быть покрыты твердым слоем кристаллов сульфата свинца, который препятствует доступу электролита к пластинам. Это состояние называется сульфатацией - в конечном итоге оно уменьшает емкость аккумулятора.
2. Структура свинца разрушается в процессе эксплуатации и этот износ пластин известен как «выпадение». 
3. Электролит - в виде жидкости или геля - разлагается и теряется в виде газа. Электролит является агентом для химической реакции - когда он отсутствует или его уровень сильно понижен, батарея не может нормально работать.

Это основные проблемы, которые приводят либо к недопустимой потере емкости батареи, либо к невозможности накапливать или выделять энергию вообще. Но есть и другие причины...

Что особенно важно понимать, любая из трех выше перечисленных причин тянет одна другую...

И сразу понимать - есть несколько способов уничтожить даже совершенно новую батарею за неделю или меньше - и это те причины, которые мы описали выше.

Но прежде чем мы это сделаем, давайте установим несколько общих правил использования нашей батареи, не уменьшающие срок ее службы:

• При выборе батареи (емкости) для нашей работы, помните, что она будет служить дольше, если она никогда не разрядится более чем на половину ее емкости ... другими словами, она никогда не разряжается ниже 50% (SOC).
• Частично разряженные батареи следует перезарядить как можно скорее. Повреждение может быть вызвано тем, что они оставлены в состоянии частичного заряда ... чем ниже уровень заряда; и чем дольше батарея остается в разряженном состоянии - тем больше ущерб.
• Для аккумулятора безопасен цикл работы между 50% SOC и 80% SOC - это тоже весьма эффективно. Но этот способ использования не может продолжаться в течение длительных периодов. Перезарядка разряженной батареи до уровня заряда 80% может быть достигнута быстро, но для возврата батареи до 100% заряда заряда требуется гораздо больше времени, поскольку скорость, с которой она может принимать заряд, значительно снижается по мере приближения к полной зарядке. Важно обеспечить необходимое время зарядки, чтобы аккумулятор смог восстановить 100% -ный уровень заряда не реже одного раза в 30 циклов - это ежемесячно для аккумулятора, который используется каждый день. Для этого есть несколько причин, о которых мы расскажем чуть позже.

Слишком глубокая разрядка и оставление батареи разряженной

Худшее обращение с аккумулятором (кроме получения опасно высокого зарядного напряжения) - это полностью разрядить аккумулятор и не зарядить его снова.

Что происходит, когда батарея глубоко разряжена - особенно ниже 20%? Пластина свинца будет механически повреждена из-за обширного образования кристаллов серы, которые разрывают структуру свинца. Часть материала ослабевает и начинает отпадать. Этот процесс разложения будет происходить в любом случае по мере старения батареи, но глубокая разрядка батареи значительно ускоряет этот процесс.

Что проходит в результате слишком глубокого разряда? Если батарею оставить в разряженном состоянии, то крошечные кристаллы сульфата, которые образовались, начинают расти. Сульфат на поверхности пластин начинает затвердевать - в конечном итоге они превращаются в непроницаемое твердое белое покрытие вокруг свинцовой пластины, которое закупоривает поверхность материала - и значительно препятствует диффузии ионов, которые управляют химическим процессом. На этом этапе емкость батареи и ее способность принимать или высвобождать энергию будут настолько медленными, что она не сможет выполнять работу, для которой она была выбрана.

Этот вид повреждения батареи происходит, когда, например, фары машины оставлены включенными, и она остается неиспользованным в течение нескольких дней или недель ... или если аккумулятор оставлен на полке в мастерской в ​​течение нескольких месяцев, и он разрядился. Почти несомненно, в обоих случаях батарею придется утилизировать.

Если какое-либо из повреждений обратимо, его можно устранить, перезарядив батарею обычным способом (если перезарядится), а затем применив выравнивающий заряд, пока напряжение батареи не достигнет 16 В или 17 В (для батареи 12 В). ) в течение, скажем, трех часов. Это заставит сульфатированные участки пластины выпустить сульфат обратно в электролит. Успех не гарантируется, и почти во всех случаях будет иметь место постоянная потеря емкости.

Будьте очень осторожны, внимательно следите за аккумулятором при этих высоких напряжениях зарядки, так как это также приведет к разделению электролита на газы.

Аккумулятор следует заряжать током не более 20% от его емкости. Например, если батарея имеет номинал 100 ампер / час, ее максимальный ток зарядки не должен превышать 20 ампер. Разряженная батарея способна в течение короткого времени принимать гораздо более высокие скорости зарядки, но такого рода зарядку следует избегать. Например, генераторы с высокой выходной мощностью, по-видимому, обещают очень эффективную и быструю перезарядку батареи, но высокие токи заряда разрушают свинцовые пластины, что приводит к потере материала пластины и ускорению старения.

Сначала это «только» уменьшает емкость батареи, а затем, когда на дне аккумулятора накапливается частицы свинца, в конечном итоге положительная и отрицательной пластины соединятся вместе, создав короткое замыкание, и этот элемент не будет функционировать. Батарея потеряет напряжение от этого элемента (выход из строя других элементов не будет далеко позади).

Обостряющим фактором при слишком быстрой зарядке батареи является то, что быстрая зарядка повышает температуру батареи. Контролируемый цикл зарядки для конкретной батареи - напряжения, при которых она заряжается во время каждой из трех ее фаз зарядки - рассчитаны исходя из предположения, что температура батареи составляет 20ºC (обычно), при более высоких температурах напряжения заряда должны быть уменьшены. Невыполнение снижения зарядных напряжений приводит к большему повреждению свинцовой пластины и выделению газа (электролизу), что приведет к быстрому снижению количества электролита в батарее. В герметичных батареях проблема, во всяком случае, еще хуже: нагнетательные клапаны будут выпускать газ, чтобы избежать разрыва корпуса батареи, и потерянный электролит не может быть заменен.

Стоит отметить, что не все аккумуляторы одинаковы и что некоторые, например аккумуляторы со спиральными элементами, могут выдерживать эффект быстрой зарядки лучше, чем другие.

Большинство из нас следят за состоянием заряда батареи грубым методом «наблюдения за напряжением батареи». Например, в установке быстрой зарядки, показанной выше, напряжение поднимается так быстро, что у нас возникает иллюзия, что наша батарея полностью заряжена, и поэтому мы можем завершить цикл зарядки, полагая, что заряд завершен. Хотя батареи, заряженные и разряженные таким образом, на самом деле являются более «эффективными» , короткие циклы зарядки приводят к постоянной недостаточной зарядке. Повторный недозаряд вызывает три проблемы:

1. Недостаточно заряженная аккумуляторная пластина не вернула все свои сульфаты в электролит. Как отмечалось ранее, кристаллы сульфата, оставленные на некоторое время, начинают формировать твердое покрытие - сульфатирование. Мы уже упоминали, что это покрытие снижает емкость аккумулятора, но также приводит к повышению устойчивости к зарядке, что требует гораздо более длительного времени зарядки ... что, в свою очередь, увеличивает вероятность недозарядки, что приводит к дальнейшему сульфатированию. Это круг разрушения, который мы должны разорвать.
2. Расслоение электролита - эта причина, которую мы еще не упомянули, - она происходит, когда электролит остается статичным и «не смешанным» в течение длительного периода. Кислота, будучи более плотной, чем вода, попадает на дно электролита и будет оставаться там, пока электролит не будет перемешан каким-либо образом. Такое возбуждение может возникнуть, когда транспортное средство или лодка, в которой установлена ​​батарея, начинает двигаться или катиться. В статической установке электролит смешивается только тогда, когда во время зарядки достигается газообразное напряжение, и пузырьки газа, поднимаясь через электролит, тщательно перемешивают его. Расслоенный электролит слабее вверху и сильнее внизу, в результате чего на свинцовых пластинах происходит большая часть химической реакции.
3. Наконец - мы упомянули, что в 12-вольтовой батарее шесть элементов. Эти элементы никогда не бывают абсолютно идентичными - некоторые будут иметь меньшую емкость, а некоторые будут заряжаться медленнее. Важно убедиться, что все ячейки периодически достигают полной зарядки, чтобы они были в гармонии друг с другом - если они этого не делают, ячейки, которые немного уступали в производительности, постепенно становятся хуже: их емкость снижается, скорость при то, что они могут быть перезаряжены, становится медленнее, и они начинают все больше отставать в производительности по сравнению с другими ячейками. Этот процесс приведения ячеек к гармонии называется выравниванием.

Чрезмерная зарядка часто возникает, когда батарея «хранится», пока она еще подключена к зарядному устройству. Невозможно принять больше энергии, вода в электролите разлагается на водород и кислород. Уровень электролита опустится ниже уровня пластин, что приведет к непоправимому повреждению этой части пластины - и в конечном итоге батарея полностью высохнет.

Вместо того, чтобы оставлять аккумулятор на непрерывной зарядке во время хранения, лучше оставить его отключенным и заряжать его каждую неделю или две, чтобы восполнить энергию, потерянную в результате саморазряда.

Каждый тип батареи - батарея Deep Cycle / стартерная / гелевая /  AGM - имеет немного разные требования к зарядке и «алгоритм зарядки». Эти алгоритмы зарядки определяют напряжение, которое должно быть достигнуто до перехода на новую фазу зарядки. Отклонение от этих заданных пределов - даже на несколько процентов - оказывает существенное влияние на то, завершит ли батарея свой цикл перезарядки. И, как мы обсуждали выше, как недостаточная, так и избыточная зарядка ускоряют процесс старения или сокращают срок службы батареи.

Чтобы установить алгоритм зарядки для батареи, следует предположить, что батарея будет иметь стандартную температуру окружающей среды - а стандартная температура обычно составляет 20 °C. Но, конечно, эта температура часто неуместна - батареи, используемые в тропиках или в полярных регионах, будут храниться при температурах, совершенно отличных от предполагаемого стандарта; батареи, установленные в горячих машинных отделениях, часто испытывают температуру 50 °C и температура быстро заряжаемых батарей также резко возрастет по сравнению с температурой окружающей среды.

Важно, чтобы зарядное устройство батареи обладало способностью воспринимать температуру батареи и применяло температурную компенсацию к своему зарядному напряжению. Например, аккумулятор, температура которого составляет 30 °C в начале цикла зарядки, может подняться еще на 10 °C во время зарядки. Напряжение заряда для этой батареи должно быть уменьшено на 0,5 В, чтобы избежать повреждения батареи, особенно батарей, которые особенно уязвимы для высоких зарядных напряжений, таких как гель или AGM.

Еще одна вещь - при более высоких температурах батареи подвергаются ускоренному химическому разложению - каждые 10 °C повышение температуры выше предполагаемой рабочей температуры вдвое сокращает ожидаемый срок службы батареи.

При выборе аккумулятора убедитесь, что он подходит для работы, которую он должен выполнять: запуск двигателя или глубокий разряд; резервное питание. Убедитесь, что аккумуляторная батарея способна выполнять свои задачи. 

На практике для долгой жизни это означает, что емкость должна быть примерно в четыре раза больше расчетной. 

Убедитесь, что рабочие циклы батареи включают период, когда батареи могут медленно доводиться до 100% состояния зарядки и оставлено время, превышающее это, чтобы элементы могли выравниваться. Это должно быть по крайней мере один раз каждые 30 циклов. 

Установка устройства автоматического отключения нагрузки, чтобы предотвратить разрядку батареи ниже, скажем, 20% SOC, может быть лучшей инвестицией, которую вы можете сделать. 

Сульфатирование: свинец и диоксид свинца вступают в реакцию с серной кислотой с образованием сульфата свинца - небольших кристаллов, которые легко превращаются обратно в свинец, диоксид свинца и серную кислоту. Через некоторое время некоторое количество сульфата свинца не восстанавливается, а образует стабильное кристаллическое покрытие, которое больше не растворяется при перезарядке. Сульфатация может быть уменьшена, если батарея полностью перезаряжается после цикла разрядки. Сульфатированные батареи имеют меньше свинца, меньше серной кислоты, блокируют поглощение электронов, что приводит к снижению емкости батареи, и могут выдавать только часть своего нормального тока разряда. 

Лучший способ предотвратить такое явление - обеспечить периодическую полную зарядку аккумулятора.

Рекомендуется следовать этим  положениям - и тогда ваш АКБ прослужат долго...