Методы зарядки свинцово-кислотных аккумуляторов

باتری‌های سرب-اسید: تبدیل انرژی و روش‌های شارژ

باتری سرب-اسید به عنوان یک مEDIUM ذخیره‌سازی انرژی شیمیایی عمل می‌کند که می‌تواند هر زمان که لازم است به انرژی الکتریکی تبدیل شود. فرآیند تبدیل انرژی شیمیایی به انرژی الکتریکی به شارژ گفته می‌شود، در حالی که فرآیند معکوس، که در آن انرژی الکتریکی دوباره به انرژی شیمیایی تبدیل می‌شود، به نام خالی شدن شناخته می‌شود. در طول مرحله شارژ، جریان الکتریکی از طریق باتری عبور می‌کند که توسط واکنش‌های شیمیایی درون آن محرک می‌شود. باتری سرب-اسید به طور اصلی از دو روش شارژ اصلی استفاده می‌کند: شارژ با ولتاژ ثابت و شارژ با جریان ثابت.

شارژ با ولتاژ ثابت

شارژ با ولتاژ ثابت پرکاربردترین روش برای شارژ باتری‌های سرب-اسید است. این رویکرد مزایای متعددی از جمله کاهش زمان شارژ کلی و افزایش ظرفیت باتری تا 20 درصد دارد. با این حال، این مزایا با یک قابلیت محدودیت همراه است: کاهش کارایی شارژ حدود 10 درصد.

در روش شارژ با ولتاژ ثابت، ولتاژ شارژ در طول کل چرخه شارژ ثابت می‌ماند. در آغاز فرآیند، وقتی باتری در حالت خالی است، جریان شارژ نسبتاً بالاست. با تجمع شارژ در باتری، نیروی الکتروموتوری (emf) آن افزایش می‌یابد. بنابراین، جریان شارژ به تدریج با گذشت زمان کاهش می‌یابد، زیرا باتری به حالت کامل شارژ نزدیک می‌شود. این رابطه دینامیکی بین ولتاژ شارژ، جریان و مشخصات داخلی باتری مطمئن می‌کند که باتری به طور موثر شارژ می‌شود در حالی که خطر بیش‌شارژ یا آسیب را به حداقل می‌رساند.

مزایای شارژ با ولتاژ ثابت

یکی از مزایای کلیدی شارژ با ولتاژ ثابت انعطاف‌پذیری آن در تطبیق با سلول‌هایی با ظرفیت‌ها و سطوح مختلف خالی شدن است. این روش امکان شارژ همزمان چندین سلول را بدون نیاز به تطابق دقیق مشخصات آنها فراهم می‌کند. علاوه بر این، اگرچه جریان شارژ در ابتدا بالاست، این مرحله با جریان بالا نسبتاً کوتاه است. بنابراین، هیچ آسیب قابل توجهی به سلول‌ها وارد نمی‌شود و طول عمر و ایمنی آنها تضمین می‌شود.

با نزدیک شدن فرآیند شارژ به پایان، جریان شارژ به تدریج کاهش می‌یابد و به صفر نزدیک می‌شود. این اتفاق می‌افتد زیرا ولتاژ باتری در نهایت تقریباً با ولتاژ مدار تغذیه برابر می‌شود و اختلاف پتانسیلی که جریان را محرک می‌کند، حذف می‌شود.

شارژ با جریان ثابت

در روش شارژ با جریان ثابت، باتری‌ها به صورت سری به گروه‌ها متصل می‌شوند. هر گروه سپس از طریق ریستات‌های بار به خط تغذیه مستقیم (DC) متصل می‌شود. تعداد باتری‌ها در هر گروه توسط ولتاژ مدار شارژ تعیین می‌شود، با این نیاز که ولتاژ مدار شارژ نباید کمتر از 2.7 ولت برای هر سلول باشد.

در طول دوره شارژ، جریان شارژ در سطح ثابتی حفظ می‌شود. با افزایش ولتاژ باتری در طول فرآیند شارژ، مقاومت در مدار کاهش می‌یابد تا جریان ثابت بماند. برای جلوگیری از مشکلاتی مانند گازدهی زیاد یا گرم شدن بیش از حد، فرآیند شارژ معمولاً در دو مرحله مجزا انجام می‌شود. یک مرحله اولیه شامل شارژ باتری‌ها با جریان نسبتاً بالا، دنباله‌روی توسط یک مرحله نهایی با جریان کمتر است که یک چرخه شارژ کنترل‌شده‌تر و کارآمدتر را تأمین می‌کند.

جزئیات روش شارژ با جریان ثابت

در رویکرد شارژ با جریان ثابت، معمولاً جریان شارژ به حدود یک هشتم رتبه آمپری باتری تنظیم می‌شود. این مقدار جریان خاص به یک فرآیند شارژ متعادل و ایمن کمک می‌کند. با شارژ باتری، ولتاژ اضافی از مدار تغذیه در مقاومت سری متصل به مدار شارژ پخش می‌شود.

هنگام متصل کردن گروه‌های باتری برای شارژ، باید به نحوه‌ی اتصال آنها دقت کرد. هدف این است که اتصالات به گونه‌ای تنظیم شوند که مصرف انرژی توسط مقاومت سری کاهش یابد. این کار نه تنها کارایی کلی سیستم شارژ را افزایش می‌دهد بلکه همچنین تلفات غیرضروری انرژی را کاهش می‌دهد.

در مورد خود مقاومت سری، ظرفیت حمل جریان آن بسیار مهم است. باید برابر یا بیشتر از جریان مورد نیاز شارژ باشد. عدم تامین این نیاز می‌تواند منجر به گرم شدن بیش از حد مقاومت شود که ممکن است در نهایت آن را سوزانده و فرآیند شارژ را مختل کند.

علاوه بر این، هنگام انتخاب باتری‌ها برای یک گروه شارژ، بسیار مهم است که همه آنها ظرفیت یکسانی داشته باشند. در مواردی که باتری‌های با ظرفیت‌های مختلف باید همزمان شارژ شوند، باید بر اساس باتری با کمترین ظرفیت گروه‌بندی و مدیریت شوند. این رویکرد از مشکلاتی مانند بیش‌شارژ یا کم‌شارژ باتری‌های فردی در گروه جلوگیری می‌کند و عملکرد و طول عمر هر باتری را حفظ می‌کند.