Отчет о проведении диагностики и обслуживания АКБ Exide Tudor VB2420 250Ah (5h)
На диагностику и обслуживание поступили 2 аккумуляторные батареи (АКБ) Exide Tudor VB2420 номинальным напряжением 24 В и емкостью 250 Ач (емкость указана для 5-часового режима разряда).
Батареи собраны из 12 элементов напряжением 2 В каждый (рис. 1). Со слов владельца, АКБ «не заряжались» штатным зарядным устройством.
Для удобства назовем их АКБ №1 и АКБ №2.
При внешнем осмотре АКБ было обнаружено, что крышки некоторых элементов выдавлены замерзшим электролитом. Позже выяснилось, что разряженные батареи хранились на неотапливаемом складе.
В течение 3х суток АКБ отогревались в помещении при температуре 20-25°С, после чего с помощью анализатора АКБ AEA-30V были проведены контрольные измерения внутреннего сопротивления и напряжения каждой АКБ.
Внутреннее сопротивление АКБ №1 составило 25,84 мОм при напряжении 23,90 В. Сопротивление АКБ №2 составило 16,44 мОм при напряжении 23,84 В. (рис. 2). Нормальное сопротивление исправных АКБ (без учета износа) должно составлять примерно 10 - 11 мОм с учетом сопротивления соединительных перемычек.
Для нормальной работы многоэлементной АКБ необходимо, чтобы характеристики отдельных ее элементов имели минимальный разброс (в идеале все элементы должны иметь одинаковые характеристики, что, очевидно, невозможно).
Для проверки согласованности отдельных элементов, составляющих АКБ, проводились измерения их напряжения и внутреннего сопротивления, а также оценивался разброс значений этих характеристик.
Так, АКБ №1 показала высокую степень разброса значений внутреннего сопротивления. Среднеквадратическое отклонение (СКО) этого параметра для 12 элементов составило 0,18 мОм (рис. 3).
АКБ №2 показала достаточно низкую степень разброса значений внутреннего сопротивления: СКО составило 0,04 мОм.
При повторном осмотре выяснилось, что уровень электролита в обеих АКБ ниже нормы, из-за чего не удалось измерить плотность электролита. В связи с этим было проведено выравнивание уровня электролита до нормы путем доливки дистиллированной воды.
Для проведения контрольно-тренировочных циклов (КТЦ – разряд/ заряд на специализированном оборудовании Активатор ЭХИП AEAC-12V) батареи были разделены на полубатареи по 6 элементов. Разряд проводился согласно требованиям ГОСТ 53165 - 2008 п. 9.2 «Контроль резервной емкости».
В результате разряда (КТЦ №1) полубатарей были получены значения резервной емкости (RC) АКБ в диапазоне от 19 до 57 минут (от 8 до 24 Ач) (табл. 1).
После этого полубатареи подверглись заряду реверсивным ступенчатым током со стабилизацией по напряжению на последней ступени. Зарядная емкость Qch при этом составила от 420 до 635 Ач (табл. 2).
После проведения КТЦ №1 внутреннее сопротивление каждой батареи снизилось и для АКБ №1 составило 14,73 мОм, а для АКБ №2 - 12,34 мОм (Речь о сопротивлении АКБ из 12 элементов) (табл. 2).
После КТЦ №1 были измерены значения плотности электролита в элементах обеих АКБ. Результаты измерений приведены в табл. 3.
Далее был произведен второй контрольно-тренировочный цикл КТЦ №2.
При контрольном разряде КТЦ №2 были получены значения резервной емкости RС от 426 до 438 мин. для АКБ №1 и от 383 до 404 мин для АКБ №2. Значения резервных и зарядных емкостей занесены в таблицу 4.
После разряда полубатареи вновь заряжались ступенчатым реверсивным током. При этом каждая из них получила заряд емкостью Qch 420 Ач (табл. 5).
После КТЦ №2 внутреннее сопротивление АКБ несколько снизилось и приняло значения 14,34 мОм для АКБ №1 и 11,73 мОм (суммарное для батареи из 12 элементов) для АКБ №2 (табл. 5, рис. 4).
Проверка на согласованность отдельных элементов АКБ показала, что разброс значений внутреннего сопротивления элементов АКБ №1 значительно снизился (СКО составило 0,02 мОм) (рис. 5). Разброс внутреннего сопротивления отдельных элементов АКБ №2 практически не изменился (СКО составило 0,03 мОм).
Значения плотности электролита в элементах обеих АКБ, измеренные после КТЦ №2, приведены в табл. 6.
Сравнительные гистограммы плотности электролита АКБ №1 и №2 после каждого КТЦ приведены на рис. 6 и 7.
При обслуживании АКБ была проведена чистка верхней крышки, бортов и соединительных проводников.
Проведено 2 КТЦ на активаторе AEAC-12V, по результатам которых внутреннее сопротивление АКБ №1 снизилось на 45%, а АКБ №2 - на 20%. Резервная емкость АКБ №1 возросла в 15 раз, АКБ №2 - в 10 раз (в сравнении со значением, полученным до КТЦ).
Значительно возросла согласованность отдельных элементов, составляющих АКБ №1, по внутреннему сопротивлению (СКО до КТЦ 0,18 мОм; СКО после КТЦ 0,02 мОм).
После обслуживания АКБ исправны и могут быть переданы в эксплуатацию.
Результаты проведения двух КТЦ приведены на гистограммах рис. 8 и 9 (КТЦ №3 на рис. 9 соответствует дополнительному зарядному циклу после теста штатного зарядного устройства Nuova Elettra RPE 24/40).
Тест штатного зарядного устройства NUOVA ELETTRA RPE 24/40
Вместе с батареями было получено зарядное устройство (ЗУ) Nuova Elettra (CVitalia) RPE 24/40 (рис. 10) для проверки его работы.
Необходимо было убедиться, что зарядное устройство исправно и может поддерживать АКБ в рабочем состоянии.
Судя по наклейке на корпусе устройства, оно предназначено для АКБ с номинальным напряжением 24 В емкостью 195-250 Ач (5-часового режима разряда). Заявленный ток заряда 40 А (Рис. 11).
В документации на ЗУ на сайте производителя заявлено, что оно имеет «импульсный режим выравнивания» и ограничение по времени заряда 13 часов.
Конструктивно данное ЗУ состоит из массивного понижающего трансформатора (1), платы управления (2) и выпрямительного моста (3) (рис. 12).
Для проверки работоспособности ЗУ была использована АКБ №2.
Измерительная схема параметров ЗУ представлена на рис. 13.
Для измерения тока заряда в цепь был включен шунт. Падение напряжения на шунте и напряжение на выводах АКБ измерялось при помощи вольтметров Hewlett Packard 3457, подключенных через интерфейс GPIB к компьютеру. Значения тока и напряжения считывались и записывались специальной программой с интервалом 1 с.
Предварительно разряженная АКБ №2 была подключена к штатному ЗУ, после чего был запущен процесс заряда. Процесс заряда продлился 11 часов 20 минут. За это время батарее был дан заряд емкостью 224 Ач.
На рис. 14 приведены графики зарядного тока и напряжения на выводах ЗУ.
На приведенных графиках видно, что ток заряда нестабилен, и его скачки могут достигать 9 А.
Этот недостаток обусловлен максимально простыми алгоритмами заряда.
Средний ток заряда на начальной стадии (первые 6 часов) составлял ~27 А, после чего плавно снизился до ~20 А. Вероятно, это вызвано возрастанием внутреннего сопротивления АКБ в процессе заряда.
В конце 7-го часа заряда напряжение на выводах ЗУ достигло ~30 В и ток резко упал почти до нуля. Через 30-40 минут напряжение упало до ~26 В, а ток заряда снова возрос до ~23 А. Резкое падение и возрастание тока повторялось несколько раз вплоть до отключения ЗУ.
Видимо, так реализован заявленный производителем «импульсный режим выравнивания».
По окончанию заряда резервная емкость RC АКБ №2 была измерена методом разряда батареи согласно п. 9.2 ГОСТ 53165 - 2008. Значение резервной емкости составило 184 Ач, что соответствует 95% от значения резервной емкости, измеренного после КТЦ №2 (~195 Ач), выполненного на Активаторе АЕАС-12V.
Несмотря на то, что средний ток заряда (~ 27 А) штатного ЗУ Nuova Elettra RPE 24/40 оказался значительно меньше заявленного производителем (40 А), за 11,5 часов тестовая АКБ (АКБ №2) получила достаточный для нее емкость 224 Ач. По достижению напряжения на выводах ЗУ ~30 В оно перешло в «импульсный режим выравнивания», который, очевидно, применен для исключения перезаряда АКБ.
ЗУ NuovaElettraRPE 24/40 исправно и может быть передано в эксплуатацию.
Стоит заметить, что данный результат получен на АКБ, прошедшей обслуживание, в результате которого ее внутреннее сопротивление (11,73 мОм) приблизилось к нормальному для таких АКБ (10 – 11 мОм).
В таком состоянии АКБ может заряжаться током ~27 А до достижения порогового напряжения ~30 В на ее выводах достаточно долго, чтобы набрать необходимую ей емкость. Однако в процессе эксплуатации АКБ неизбежно деградирует, и ее внутреннее сопротивление возрастает. Обычно это связано с сульфатацией электродов АКБ.
Как итог, пороговое напряжение ~30В устанавливается гораздо раньше, и батарея попросту не успевает набрать необходимую емкость.
Штатное ЗУ при этом переходит в «импульсный режим выравнивания», который на деле предназначен лишь для поддержания АКБ в текущем «заряженном» состоянии.
Серьезным недостатком данного ЗУ является то, что ток заряда не стабилизирован (на графике видны пульсации амплитудой от 3 до 9 А).
Итак, выводы напрашиваются сами собой:
АКБ «не заряжались» поскольку:
- штатное ЗУ предназначено для АКБ с определенным внутренним сопротивлением. При отклонении этого параметра от нормы (а в процессе эксплуатации и деградации батареи сопротивление наверняка отклонится от нормы) режим заряда нарушается.
- принцип работы штатного ЗУ не позволяет осуществлять эффективную десульфатацию и выравнивание характеристик отдельных элементов АКБ. Такие процедуры обычно проводятся с отдельными элементами или батареями по 3-6 элементов.
Штатное ЗУ позволяет заряжать подобные АКБ только после полноценного обслуживания (десульфатации, выравнивания).
Необходимо каждые 6 месяцев проводить обслуживание АКБ (десульфатацию, выравнивание) на специализированном оборудовании, что существенно повысит срок ее службы и эффективность эксплуатации и, как следствие, приведет к серьезной экономии средств.
