Jak długo ładować akumulator

image_pdf

Poszukując informacji na temat czasu trwania ładowania akumulatorów kwasowo-ołowiowych, natknąłem się na wiele sposobów określenia – czy właściwie sposobów oszacowania – kiedy możemy zakończyć ładowanie.

Oczywiście posiadając dostęp do elektrolitu sprawa jest banalnie prosta – ładujemy tak długo, aż elektrolit osiągnie gęstość rzędu 1,28g/cm3 – uwzględniając jego temperaturę. Problem pojawia się gdy chcemy naładować akumulator bez dostępu do elektrolitu, jak najbardziej można sobie umożliwić ten dostęp różnymi sposobami – czy to poprzez wykonanie otworu, czy usunięciu “magicznego oczka” o ile w ogóle jest. Jednak gdy akumulator jest na gwarancji, takie czynności mogą się wiązać z jej utratą, poza tym może ktoś po prostu nie chce sobie “dziurawić” akumulatora.

Wracając więc do meritum, oto kilka najpopularniejszych teorii które znalazłem, dotyczących określenia momentu zakończenia procesu ładowania:

  • akumulator należy ładować prądem 0,1C przez czas 10 godzin
  • akumulator należy uznać za naładowany, jeżeli prąd ładowania spadnie poniżej 0,02C pojemności
  • ze względu na sprawność akumulatora, należy do niego wprowadzić 110-120% pojemności

Nie posiadając dostępu do elektrolitu, mamy wcale nie takie łatwe zadanie, ponieważ nie wiemy w jakim stopniu jest rozładowany akumulator który chcemy naładować, ani jak długo mamy go ładować, a założenia są takie, że niezależnie od stopnia rozładowania naładujemy akumulator w pełni.

Szacowanie stopnia rozładowania akumulatora

Zanim przystąpimy do ładowania, należałoby oszacować w jakim stopniu jest rozładowany akumulator – aby odpowiednio określić jak długo należy go ładować. Pośrednio można dokonać tego na podstawie napięcia spoczynkowego – ale pisałem już o tym – nie należy tego traktować jako wyznacznik, ponieważ akumulator może mieć wysokie napięcie spoczynkowe, a jego gęstość elektrolitu będzie niewielka – ale jest to już jakiś trop – a więc im niższe napięcie spoczynkowe, tym akumulator bardziej rozładowany.

Orientacyjne wartości napięcia w celu określenia stopnia naładowania:

Stopnień naładowania Napięcie spoczynkowe między
100% 12,78 V i więcej
90% 12,66 V 12,78 V
80% 12,54 V 12,66 V
70% 12,42 V 12,54 V
60 % 12,30 V 12,42 V
50 % 12,18 V 12,30 V
40 % 12,06 V 12,18 V
30 % 11,94 V 12,06 V
20 % 11,82 V 11,94 V
10 % 11,70 V 11,82 V

Żródło: akubiz.biz

Można też rozładować akumulator całkowicie, ale przecież nie o to nam chodzi, no więc jak się dowiedzieć jaka jest obecna pojemność akumulator ? Możemy założyć, że akumulator jest całkowicie rozładowany – pomimo tego że faktyczni nie jest – i dokonać pełnego ładowania, jest jednak inna teoria mówiąca, że ładowanie akumulatora do napięcia w okolicy 15V uzupełnia pojemność w 80% , a ładowanie powyżej tego napięcia uzupełnia brakującą pojemność oraz podnosi gęstość elektrolitu.

I tak faktycznie jest – przy ładowaniu akumulatora mniej więcej do napięcia ok. 15V odbudowujemy właściwości elektryczne – rośnie jego prąd rozruchowy oraz napięcie spoczynkowe – pozostaje więc kwestia podniesienia gęstości elektrolitu. Czy to znaczy że należy akumulator ładować dwuetapowo ? Nie koniecznie – jeżeli mamy taką możliwość to owszem, ale można też bacznie obserwować napięcie ładowania.

Podczas ładowania akumulatora, w pewnym momencie następuje dość szybki wzrost napięcia – zobaczcie to poniższym wykresie:

Ten moment to nic innego jak zakończenie standardowego trybu ładowania i “przejście” do fazy wysycania elektrolitu, a więc jeżeli zauważycie szybki wzrost napięcia ładowania, a napięcie przekroczy wartość 14,4-15V (w zależności od prądu ładowania) można uznać że w tej chwili akumulator posiada ok. 80% nominalnej pojemności. Możemy więc wykorzystać ten sposób do określenia stopnia naładowania.

Akumulator należy ładować prądem 0,1C przez 10 godzin

Ta teoria jest najczęściej powtarzana w internecie na różnych forach, w komentarzach, jednak ja mam pewne wątpliwości. Przede wszystkim dlatego, że ta metoda nie zapewnia naładowania akumulatora w 100% – a przecież sprawność akumulatora ocenia się 80-90%, a więc aby w pełni naładować akumulator należy wprowadzić pojemność rzędu 110-120% nominalnej pojemności. Wszystko zależy też od źródła ładowania – czy jest to prostownik, czy może ładowarka ze stabilizacją prądu – no bo przecież charakterystyka prądu ładowania tych dwóch urządzeń różni się diametralnie.

Poniżej orientacyjna charakterystyka ładowania prostownika oraz ładowarki ze stabilizacją prądu ładowania.

Charakterystyka prądu ładowania prostownika i ładowarki w czasie

W obu tych przypadkach prąd ładowania nie będzie stały w całym procesie, a w przypadku ładowania prostownikiem prąd ten będzie spadał praktycznie już od pierwszej chwili. Więc ta teoria sprawdziłaby się dla lekko rozładowanych akumulatorów, ale gdyby akumulator rozładował się całkowicie to czas potrzebny na naładowanie musiałby być zdecydowanie dłuższy.

Początkowo chciałem zrezygnować z wykonania próby ładowania tym sposobem, bo wydawała mi się mało prawdopodobna, a po drugie mój miernik pojemności ma zakres pomiarowy do 5A więc nie miałbym czym tego zmierzyć. Ale przypomniało mi się że mam gdzieś jeszcze inny miernik, który wprawdzie nie posiada opcji logowania danych, ale mierzy pojemność dość dokładnie. Postanowiłem częściowo rozładować akumulator i dokonać ładowania za pomocą prostownika przy ograniczeniu prądu ładowania do wartości 0,1C – czyli w przypadku mojego Kozaka – 7,4A i ładować akumulator przez okres 10 godzin.

Z ciekawości postanowiłem spróbować zrobić timelapse z tego procesu, co nawet się udało. Co prawda telefon którym to kręciłem jest dość kiepskiej jakości, poza tym ładowanie odbywało się nocą, ale zobaczcie jak wygląda efekt końcowy.

Dzięki temu wykonałem również wykres ładowania:

I zwróćcie uwagę jeszcze raz – po czterech godzinach ładowania, nastąpił szybki wzrost napięcia ładowania, w związku z czym można założyć że po tym czasie rozpoczęło się ładowanie absorbujące – czyli pojemność akumulatora wyniosła ok. 80% pojemności.

Po częściowym rozładowaniu, akumulator posiadał gęstość elektrolitu na poziomie 1,23g/cm3 a jego napięcie spoczynkowe było na dość wysokim poziomie – 12,47V – czyli posiłkując się tabelą powyżej – można szacować że akumulator był rozładowany w ok. 70%. Po 10-ciu godzinach ładowania gęstość wzrosła do poziomu 1,27g/cm3. Wprowadzona pojemność ładując tą metodą z pomocą prostownika – wyniosła jedynie 36Ah.

Podsumowując tą metodę – tak jak przypuszczałem – do częściowo rozładowanych akumulatorów może się nada, wprawdzie gęstość elektrolitu po zakończeniu nie była idealna, ale 1,27g/cm3 to też poprawny wynik. W przypadku gdybym jednak rozładował akumulator całkowicie to te 10 godzin byłoby zdecydowanie za mało.

Akumulator należy uznać za naładowany, jeżeli prąd ładowania spadnie poniżej 0,02C pojemności.

Powiem szczerze że to ciekawa teoria – znalazłem ją w którejś instrukcji obsługi akumulatora. Na podobnej zasadzie próbowałem skalibrować moją ładowarkę automatyczną – tam za pomocą dodatkowych kabli pomiarowych mierzyłem spadek prądu ładowania i przy określonym spadku prądu, a właściwie napięcia, kończyłem pracę ładowarki. Niestety sprawdza się to tak średnio – że tak powiem. Ale wracając do teorii, postanowiłem sprawdzić jak wygląda w praktyce.

Ponieważ prąd ładowania zależy od napięcia – ze względu na niską temperaturę dokonałem korekcji napięcia i napięcie ładowania zostało ustawione na poziomie 16,55V a ograniczenie prądowe na poziomie ok. 2,3A. Akumulator pozostał po ostatnim doświadczeniu niedoładowany – to znaczy był całkowicie rozładowany i naładowany do napięcia 15V a w ostatnim doświadczeniu podniosłem gęstość do poziomu 1,25g/cm3.

Test tak szybko jak się rozpoczął, tak i się zakończył – po podłączeniu do ładowarki – prąd ładowania już po ok. 8-9 minutach spadł poniżej wartość 0,02C – czyli 1,45A –

Pomiar gęstości elektrolitu po tym cyklu jest bezcelowy ponieważ wprowadzona pojemność wyniosła niecałe 0,3Ah, a teorię należy zaliczyć do nietrafionych. Być może bardziej chodziło w tej metodzie o to, że po spadku prądu ładowania poniżej wartości 0,02C ładowanie jest mało efektywne – trudno mi się do tego odnieść. Tak czy inaczej, raczej nie należy się opierać na obserwacji spadku prądu ładowania aby określić moment zakończenia procesu – potwierdziłem to również w mojej ładowarce automatycznej.

Ze względu na sprawność akumulatora, należy do niego wprowadzić 110-120% pojemności

To jest metoda którą zazwyczaj stosuję. Mając wiedzę kiedy nastąpi faza ładowania wyrównawczego, lub ładując dwuetapowo – zakładam że do wprowadzenia pozostało jeszcze jakieś 30-40% pojemności (aby osiągnąć jakieś 110-120% pojemności nominalnej). A więc za pomocą kilku prostych obliczeń można policzyć jak długo muszę jeszcze ładować akumulator.

Dla przykładu posłużę się moim Kozakiem – akumulator nominalnie posiada 74Ah pojemności, jego 110-120% to kolejno 81,4-88,8Ah, natomiast jego 80% pojemności to 59,2Ah. Czyli do wprowadzenia pozostała pojemność 22,2-29,6Ah – i teraz wystarczy określić prąd ładowania i obliczyć czas jaki będzie potrzebny – przykładowo dla prądu ładowania rzędu 2,22A – (czyli 0,03C) trzeba by poświęcić od 10-13 godzin.

Możecie pomyśleć że to strasznie długo i że można przecież przeładować akumulator – spokojnie zaraz wszystko wyjaśnię.

Dzięki temu że miernik pojemności posiada możliwość ustawienia pojemności po której rozłączy ładowarkę – ustawiłem na nim pojemność docelową 25Ah czyli taka pojemność pomiędzy 22,2-29,6Ah

Podczas takiego ładowania nie ma znaczenia jaki będzie prąd (pod warunkiem że nie będzie większy niż 0,05C), ponieważ i tak miernik rozłączy ładowarkę dopiero po wprowadzeniu odpowiedniej pojemności – im mniejszy będzie prąd, tym to ładowanie będzie trwało dłużej. Ja zdecydowałem się na prąd w okolicy 0,03C i podłączyłem zasilacz.

Nie posiadając takiego miernika również można prosto policzyć po jakim czasie zostanie wprowadzona odpowiednia pojemność. Wystarczy znać średni prąd ładowania i obliczoną pojemność konieczną do władowania podzielić przez ten prąd.

Wracając do testu – okresowo sprawdzałem gęstość elektrolitu i po niecałych 7 godzinach ładowania wprowadzona pojemność wyniosła 15,40Ah, a gęstość osiągnęła już wartość 1,29g/cm3.

Można by przerwać ładowanie, ale przecież zakładaliśmy że nie mamy dostępu do elektrolitu, więc kontynuowałem ładowanie. Cały proces zakończył się po 10 godzinach i 57 minutach, zgodnie z ustawieniem miernika ten odłączył ładowarkę po osiągnięciu pojemności 25Ah.

A oto wykres z tego procesu ładowania

Teraz kwestia przeładowania akumulatora – według mojej opinii przeładowanie jest przereklamowane. Aby przeładować akumulator trzeba się naprawdę postarać – albo ładować akumulator prądem większym niż 0,05C (w fazie wysycania) co prowadzi do szybkiego wzrostu temperatury elektrolitu i wypadu masy czynnej, lub ładować akumulator w słońcu gdzie przyrost temperatury jest znaczny i po przekroczeniu temperatury powyżej 40-50oC dochodzi do powolnej degradacji płyt. Generalnie temperatura elektrolitu w okolicach 60oC to “śmierć” akumulatora.

Sami wiecie jak często męczę mój akumulator – często napięcie ładowania przekracza 16,6-16,8V – ale prąd ładowania nigdy nie przekracza 0,03C w fazie wysycania – stąd też wzrost temperatury jest niewielki. Staram się też dostosować sposób ładowania do temperatury otoczenia – im ta jest wyższa tym mniejszym prądem ładuję. “Pacjent” po tych wielu procesach rozładowywania i ładowania, nadal posiada elektrolit bez oznak zabarwienia, a pojemność praktycznie nie spada od momentu pierwszego pomiaru.

Jeszcze tylko słowo w kwestii ubytku wody w akumulatorze – w starych akumulatorach, które posiadały płyty ołowiowe z dodatkiem antymonu (Pb-Sb) faktycznie utrata wody z elektrolitu była znaczna, w obecnej technologii (Pb-Ca) ubytek wody jest znikomy – w swoim akumulatorze pomimo częstego ładowania nie musiałem jeszcze uzupełniać wody w elektrolicie.

Wracając jednak do teorii – warto podkreślić jeszcze fakt, że przecież faktyczna pojemność użytego akumulatora w temperaturze 22oC wyniosła ok. 58Ah, a w temperaturze 0oC- 44Ah. Więc gdyby podczas obliczania, podstawić do obliczeń powyższe wartości, to okazałoby się że aby wprowadzić brakujące 30-40% pojemności – należy wprowadzić nie 25Ah, a ok 20Ah w temperaturze 22oC i ok. 15Ah w temperaturze 0oC.

Podsumowanie

Nie sądziłem że tyle materiału się nazbiera w tym artykule, ale nie chciałem go dzielić na części więc wyszło trochę przydługawo.

Zwróćcie uwagę że wszystkie te metody łączy jeden parametr – czas. Można by podsumować powyższe zmagania i stwierdzić, że aby w pełni naładować rozładowany akumulator – wystarczy go ładować jakieś 14-16 godzin prądem dostosowanym do pojemności, natomiast akumulator częściowo rozładowany ok. 10 godzin – i szczerze mówiąc wiele w tym prawdy, bo tyle mniej więcej zajmuje mi ładowanie akumulatorów.

Oczywiście niektóre osobniki trzeba szczególnie traktować – przykładowo akumulatory zasiarczone, które preferują powolne ładowanie impulsowe, ale to się raczej nie zdarza w przypadku akumulatorów które są stale użytkowane.

Jeżeli więc potrzebujesz tylko podładować akumulator okresowo – na przykład dwa razy w roku, to ładowanie przez 10 godzin odpowiednim prądem, powinno nie tylko doprowadzić do odzyskania parametrów elektrycznych, ale i do podniesienia gęstości elektrolitu do oczekiwanego poziomu. Natomiast jeżeli pokonujesz krótkie odcinki samochodem i masz obawy o stan swojego akumulatora, wystarczy dodatkowo (prócz ładowania absorbującego 2 razy w roku) zwykłe ładowanie dowolną ładowarką (do napięcia 15V).

Mimo wszystko polecam metodę obliczenia pojemności koniecznej do wprowadzenia na poziomie 110-120% i obserwację wzrostu napięcia aby określić moment rozpoczęcia fazy wysycania elektrolitu.

Jedna odpowiedź do “Jak długo ładować akumulator”

  1. Ciekawe spostrzeżenia .Istnieją ładowarki ,które same „dokonują wyliczeń” i ładują do 100% akumulatory bez naglądania’ale co wtedy my będziemy robili.Pozdrawiam

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *