Теория работы свинцовых аккумуляторов

[Паяка]

12В АКБ можно представить как 6 последовательно соединённых "ячеек". Каждая ячейка (банка) имеет сложный комплексный импеданс. Вспомним его важнейшие составляющие.

• Внутреннее сопротивление, делающее первую ступеньку.
• Относительно низкая и быстрая ёмкость двойного слоя.
• Высокая и медленная электрохимическая ёмкость активной массы, причём многослойная, с неравномерностью концентрации кислоты, возможными пузырьками...

Всё это ещё и (может быть) приправлено полупроводниковыми эффектами, потенциальными барьерами, с которыми, как известно, случаются разные варианты пробоев, и которые способны ещё и сами генерировать некоторый ток. (Посветить на КД522 или 1N4148.) Если на потенциальный барьер имеется внешнее влияние, получаем транзистор - усилительный, генераторный элемент. Если имеет место пробой, генератор получится и без транзистора.
Добавлено 28 Июл 2018 в 17:37
Мы подаём или отбираем с этого сложного двухполюсника энергию. Различные составляющие ячеек с разной кинетикой на это реагируют. В итоге мы можем иметь, (и имеем) волны, модуляцию, интерференцию, гетеродинный эффект... И всё это не просто фокусы на забаву эрудитам, а следствие задержки электрических явлений в СА, ценой неучтения которого является повышенный износ крайних (не геометрически, а по схеме) банок и батарей, наблюдаемый сплошь и рядом.

Электрическое поле распространяется в вакууме и идеальном резисторе мгновенно со скоростью света, в реальности, при наличии индуктивности, ёмкости, нелинейных элементов - с задержкой.

Чтобы понять характер двухполюсника и его шести последовательных двухполюсников-ячеек, первым делом, необходимы осциллограммы, логи. Источники и нагрузки с жёсткой характеристикой помогут избежать лишних влияний на измерения.

[Серик]

Приветствую Всех Форумчан!
Здравствуйте, Уважаемый Паяка!
Из логгирующего оборудования у меня только вольтметр (мультиметр), ареометр и ручка с листком бумаги.
Собрал этой весной простой двухканальный логгер на  Attiny13 от ув. UstAlexei, проверил-работает, но пользоваться-не пользуюсь, так как из-за мнительности боюсь подключать проводами к ноутбуку в длительном, безнадзорном режиме.
К тому же считаю, что сутками/неделями заряжающийся аккумулятор и рядом стоящий, связанный проводами ноутбук -для меня несовместимы.
Заказал радиомодули, типа беспроводной радиоUART интерфейс, но так и не задействовал, так как в этом дуб!

https://electrotransport.ru/index.php?msg=1377304

Можете подсказать?

А радиоинтерфейсом логгировал бы почти каждую зарядку-информации было бы море! Хотя, к сожалению, в этом вопросе вряд ли поможет, ведь для изучения этого вопроса нужен поэлементный логгер!

[Паяка]

Ув. [user]Серик[/user], здравствуйте! С радиомодулями постараюсь подсказать, найти бы время. Чтобы сберечь ноутбук, может помочь USB опторазвязка (гальваническая развязка, она и трансформаторной, например, бывает). Или развязка RS232 и переходник USB-COM, это доступнее. А вот набросок входного тракта поэлементного логгера, с измерением тока в обе стороны. Не без недостатков, но для начала сгодится, например, с Ардуино.

Схема сдвига уровня (аналоговый вычитатель)

68k можно не ставить, но входные токи простых ОУ лучше компенсировать, для точности. Источник смещения усилителя шунта должен быть источником напряжения с жёсткой характеристикой, напрашивается сделать его повторителем на "лишнем" восьмом ОУ. Тогда укладываемся в пару LM324. LM358 и особенно LM358A точнее, но для отслеживания динамики необязательно. Вопрос оптимальной опоры для АЦП, диапазона измерений и защиты входов открытый, зависит от того, что за АЦП будет применяться. Резистор 1k между выходом ОУ и входом АЦП - годная защита для простейшего варианта, если вход АЦП имеет на входе Шоттки на питание и землю. Выход LM358 и LM324 при втекающем токе более 50 мкА (микро, не миллиампер!) начинает недотягивать до минуса прямое падение на переходе, но при питании минуса ОУ от -1В этим можно пренебречь. К тому же, такого напряжения (0.3В на банке) у нас и не будет. Шумы от АЦП дела, скорее всего, не испортят, можно ими пренебречь, во всяком случае, на первых порах. Модуль (амплитуда) падения на шунте не должна превышать 1В, но это, думаю, и так ясно.  И да, на схеме не указано, но усилители напряжения должны питаться от +17В и -1В. Усилитель тока можно так же, а можно от +7 и -1. Напряжения U1..U6 будут равняться удвоенным напряжениям каждой банки, что для АЦП с 5-вольтовой опорой весьма хорошо.

P.S. Напряжение смещения для установки нуля амперметра должно быть не положительным, а отрицательным, и не превышать по модулю -1 вольта. (Превышать и не будет, т.к. падение на шунте их не превышает). Именно так, потому что есть отрицательное питание, и чтобы не городить лишних делителей. Можно и искусственную среднюю точку использовать, но тогда может пострадать точность. Которая не факт, что нужна. В общем, широкое поле для творчества. 

P.P.S. Понятно, что с мультиплексированным "многоканальным" АЦП измерения будут не параллельными, а последовательными. Но нам здесь не наносекунды ловить, просто учтём, если понадобится, нормированные интервалы времени при обработке полученных данных.

P.P.P.S. По дальнейшему разумению, во всех отношениях лучше таки однополярное питание.

ИНУН (повторитель) Vdd/2, где Vdd - напряжение питания МК, обязателен, т.к. без него вся наша аналоговая математика пойдёт лесом. Если МК запитан от LM1117-5.0 или аналога, точность и термостабильность такой опоры можно считать для данного применения достаточной.

P.P.P.P.S. Да, ток не в знаменателе, а в числителе. Бывает, сначала пишем, потом думаем.
И как бывает с бумажными набросками, потребовалась дальнейшая работа над ошибками. Вот правильный узел сдвига уровня, выдающий на выходе напряжение одной банки, относительно земли схемы, (как если бы она была минусом к ней подключена).

[Vova_n]

Под сульфатом оксид, для этой пары полупроводников

Подскажите откуда информация по поводу полупроводимости сульфата? в литературе я ни где подобного не встречал, хотя и пробовал искать со словосочетанием и с форумлой сульфата и словом полупроводник.

Коль это придирки - обязуюсь больше никогда не напоминать вам о корректности измерений.

Не стоит передёргивать, обратись вы с этим на годик раньше было бы что показать, а сейчас возобновлять часовые наблюдения за зарядом акб и делать записи непозволительная роскошь...    я не держу на компе папки с отработанным материалом, книг и статей я писать не собираюсь.
Когда я активно изучал поведение акб и писал алгоритм, всяких картинок  записей было огромное количество, а убедившись, что всё работает и дальше двигаться некуда, многое было зачищено и оставлена только библиотека, промежуточные прошивки, схемы.
Да и что вам даст вах? (нашёл кстати книженцию) в которой есть вах окисда свинца с различным слоем нанесения на платиновые электроды. Хотя к случаю оксида в электролите это мало применимо, но всё же если снимете можно будет сравнить.

Смотря о каких частотах идет речь.

Исключительно низких, вы же сами видите на моём корявом логе. Так что не заметить как болтает стрелку амперметра будет просто невозможно не заметить.

Если CV => ВАХ отметаем => меняется Rвн.
Даже не предполагаю, что может изменять Rвн с периодом 1,5-3 сек.
Единственное мое предположение Вы отвергли.

Вот и я ничего лучше не смог предположить кроме свойств полупроводимости и каких то особенностей системы полупроводник электролит.
Что то заставляет сильно разбалтывать ОС БП и верно это изменение сопротивления, но чем оно вызвано вот это вопрос.. и почему один акб свежий в хорошем состоянии это проявляет, а другой более старый хотя далеко ещё не трупп такого себе позволить не может на том же ЗУ при тех же условиях заряда. Тут карты не помогут, тут многочасовые наблюдения и отслеживание закономерностей нужны, а этого я себе позволить более не могу и так много времени убил год назад, вплоть до ругани в семье.
И опять же задумайтесь что вам это даст? я как голову не ломал применения не нашёл, наблюдаемые эффекты по моему имеют мало общего с тем, как нужно воздействовать на акб для его восстановления, хотя опять же интервал моргания "народный такт" это -2сек через 2сек, что очень близко к такту колебаний  и откуда чё берётся возникает вопрос.. случайность? 

[Cyberpapa]

Да и что вам даст вах?

Интересно посмотреть как меняется ВАХ от частоты зарядного тока. Тем более это довольно просто и быстро делается. Народ годами ищет дельту и ступеньки, думаю, не вспотею если потрачу несколько минут на подключение и юстировку прибора. Проблема - кому-то подарил усилок и не помню кому, а измерять на малых токах не вижу смысла.

Исключительно низких, вы же сами видите на моём корявом логе. Так что не заметить как болтает стрелку амперметра будет просто невозможно не заметить.

ИМХО, если заряд будет производиться от CV, с хорошим запасом по мощности и низким уровнем пульсаций - никаких периодичных болтаний не будет. Будет небольшое хаотичное дрейфование стрелки, связанное с химическими реакциями, типа - шумов.

Если на выходе БП присутствуют импульсы, даже с малой длительностью и амплитудой превышающей НРЦ более чем 1 В, с периодом следования соизмеримым с реакцией стрелочного амперметра - стрелку может хорошенько болтать. Довольно часто сталкиваюсь с таким явлением. Т.к. питание любого ремонтируемого устройства всегда подключаю через стрелочный амперметр с малой инерцией стрелки и при включении первым делом смотрю на него.

Если, кто-то из заметивших резонансы на низких частотах, предоставит осциллограмму сделанную аналоговым осликом, с открытым входом, подключенным непосредственно к клеммам АКБ - буду крайне удивлен и изменю своё мнение.

На текущий момент уверен - резонанс АКБ на низких частотах, в районе 0,5 Гц, есть ни что иное как неправильное измерение.

... и почему один акб свежий в хорошем состоянии это проявляет, а другой более старый хотя далеко ещё не трупп такого себе позволить не может на том же ЗУ при тех же условиях заряда.

ИМХО, разные Rвн и емкость двойного слоя => при равной амплитуде импульса, на новой АКБ ток больше и колебания, связанные с работой БП (ШИМ), лучше заметны не только стрелочке амперметра, но и подторможенной емкостями ОС БП.

Трудно найти темную кошку в темной комнате, особенно, если её там нет...
А если "нашли" - приходится связывать с полупроводниковым эффектом или чем-то другим...

[user]Vova_n[/user], думаю, мы друг другу ничего не докажем. Бессмысленно продолжать спор.
Тем более, вам уже не интересно выяснять причину увиденного резонанса, а я хотел услышать новую теорию работы АКБ, которой, как оказалось, не существует.
Подождем осциллограмму, только она расставит все точки над i .

[Паяка]

резонанс АКБ на низких частотах, в районе 0,5 Гц, есть ни что иное как неправильное измерение

Такие явления называют квазирезонансом.

И повышенный износ крайних банок и батарей - тоже неправильное измерение?

[Cyberpapa]

[user]Паяка[/user], верю только фактам, осциллограмму покажите, тогда можно будет и притягивать за уши какое-нибудь явление.

В батареях 2 крайние банки, почему-то, по моим наблюдениям, в подавляющем большинстве случаев, валится та, которая имеет большую площадь поверхности расположенную к движку, то есть - к источнику тепла.

[Паяка]

то есть - к источнику тепла

Это тоже сильный фактор. Не учитывать его, - грешить против истины.

[Cyberpapa]

[user]Паяка[/user], не обладаю статистикой сдыхания банок в UPS. На вскидку - немного чаще валятся банки расположенные ближе к трансу. Довольно часто на клеммах наблюдаю коррозию, то есть - сочаться газы или жидкость, чего не наблюдается в центральных банках, где всё герметично закупорено.

Если вам интересна статистика - можно попросить [user]Branimir[/user], он побаночно дрессирует UPSовые АКБ, записывает циферки, и возможно ведет статистику. Я же смогу составить такую статистику через пол года (январь-февраль), когда соберусь ремонтировать партию ИБП накопившихся за год. Обычно отправляю в утиль 70 -100 батарей. Ессно все сверлить не стану, десяток могу потыкать тестером.

[Паяка]

[user]Cyberpapa[/user], статистика будет просто бесценна. Заранее огромная благодарность!

Итак, при исследовании феномена крайних нужно учитывать и электрическое расположение по отношению к выводным клеммам, и неравномерность температурных условий, иначе получим искажённые результаты, что, как бывало множество раз, дискредитировало гипотезу, и её незаслуженно отбрасывали, как и ассоциирующееся с нею.

[Cyberpapa]

неравномерность температурных условий

Тут ничем не смогу помочь.
Представьте сейф висящий на столбе (железная коробка серого цвета), почти герметичный (от осадков), снизу 3 отверстия под кабель. Внутри UPS и оборудование потребляющее 40-100 W. Какая может быть температура внутри сейфа, при температуре окружающего воздуха 30-40 град, если на него светит крымское солнышко ? Если учитывать нагрев транса возле АКБ - ....?

В серверных, где температура поддерживается кондишками - вообще проблем с АКБ не возникает, более 10 лет стоят и хлеба не просят.

[Паяка]

вообще проблем с АКБ не возникает, более 10 лет стоят и хлеба не просят.

Под буфером, (с периодическим нормированным циклированием?), отдавая токи крайне редко, причём далеко не стартерные? При таких условиях задержке распространения негде проявиться.

[serggio]

Под буфером, (с периодическим нормированным циклированием?), отдавая токи крайне редко, причём далеко не стартерные?

Человек пишет о стационарных батареях для ИБП. Причем тут стартерные токи? 

[Cyberpapa]

Под буфером, (с периодическим нормированным циклированием?)

В серверных АКБ с большим запасом, на каждой стойке 3-5 кВт бесперебойник и 4 АКБ 100 Ач. Стойка жрет 1-2 кВт. Даже не знаю, шевельнется ли язык назвать такие токи стартерными. Никакого периодического циклирования. Аварии 220 редки, максимум 2-3 раза в год на 10-15 минут. Иногда за пару лет ни единого сбоя с 220.  Нежнее чем щадящий режим.

Батареи живут по принципу - вы меня не трогайте и я не подведу. Их и не трогают, в результате чего повысили пенсионный возраст а они не жалуются, готовы простоять в буфере еще.

[Necromant]

То есть - на батарею из 6-и банок необходимо кинуть 192 В ?

И да и нет
Возьмем крайний случай - все пластины 100% заэкранированы сульфатом  - шмаляем 200 вольт пока не пробъём первое отверстие, далее по ниспадающей
В реальном же аккумуляторе будут здоровые участки пластин, важно создать 32 вольта на самой плохой банке
Если вдувать это все постоянным током, особенно 200В, будет очень даже бабах
Если просто долбить короткими импульсами эффект будет мягко говоря слабоват, да и газовыделение к добру не приведет
Пока придумываю как переделать компьютерный БП, а может пока сделаю на трансформаторном, такую приблуду: подача пробивного очень короткого импульса (пробили сульфат), далее подача порции заряда (растворили ставший доступным сульфат, до отсечки, чтобы не газовать), далее пауза для завершения реакций (привет тиристорным долбильщикам). Управление на ардуине естественно

[Vova_n]

думаю, мы друг другу ничего не докажем. Бессмысленно продолжать спор.

Да было бы о чём спорить  как вообще можно спорить о том чего вы ещё не рассмотрели.
Мне нет нужды убеждать, моё дело максимум обратить внимание на сие эффекты, вдруг кому будет интересно, а на нет и суда нет.
Если коте делать будет нечего может и попробую опять соорудить смотрелку данного эффекта.
На ЗУ EB Tester Software преобразователь на выходе XL4015, перед ним обратноход 24в всё с емкостями low esr.
И так БП24в, после выпрямления 1000*35в дроссель ещё 1000*35в (chongx low esr ) далее переход на плату XL4015 там ещё один 1000*35в(sanyo wx), на выходе XL4015 1800*35в(Panasonic FR) и керамика.

Спойлер

Я не понял фразы

ИМХО, если заряд будет производиться от CV, с хорошим запасом по мощности и низким уровнем пульсаций - никаких периодичных болтаний не будет.

То что вы там видите есть недостаточно для заряда акб 7-9ач?  ток на графике смотрели  ? до 4ампер ещё как до луны пешком.
Короче я чаво хотел сказать сказал, дальше уже некуда.
Хе, вот другой чудит по своему, волнообразно меняет скорость роста напряжения.

Спойлер

[Cyberpapa]

Под сульфатом оксид, для этой пары полупроводников пороговые напряжения 1,4-1,5в, около 8, 10-16 и более 30- 32вольт - зависят от комбинаций разновалентных оксидов и их альфа-бета модификаций с сульфатом

На сколько я понял - Вы опубликовали пороговое напряжение открытия диода.
Но вот засада - диод развернут не в ту сторону, в которую нам хочется.
Для открытия диода придется причесывать баночку против шерсти, то есть - на положительную клемму подавать минус, на отрицательную плюс.

В реальном же аккумуляторе будут здоровые участки пластин, важно создать 32 вольта на самой плохой банке

Пока придумываю как переделать компьютерный БП

ИМХО комповый БП слабоват, пробовал долбить короткими импульсами, из 30 В БП, до банки долетало примерно 10 В, около вольта терялось на полевике, 0,2-0,5 - просадка БП, всё остальное терялось в проводах, 2 х 12 см, медь 4мм². Ток не измерял, приблизительно рассчитал - около 300-350 А.

[Паяка]

подача пробивного очень короткого импульса (пробили сульфат), далее подача порции заряда (растворили ставший доступным сульфат, до отсечки, чтобы не газовать), далее пауза для завершения реакций

ТЗ напоминает "злой шокер", (и фотовспышку, которая, видимо, натолкнула на его идею). Слаботочным высоковольтным импульсом пробиваем дорогу более низковольтному, но и более мощному.