Kiedy zawodzi akumulator, należy przede wszystkim znaleźć przyczynę jego rozładowania. Może ona być banalna i polegać na przykład na długotrwałym używaniu odbiorników energii elektrycznej bez doładowywania akumulatora (choćby przez uruchomienie silnika). Może się też zdarzyć, że akumulator po prostu się zestarzał na tyle, że nie jest w stanie zagwarantować odpowiedniego prądu rozruchowego. Należy też wspomnieć o uszkodzeniach mechanicznych polegających na przykład na oberwaniu się płyty w akumulatorze wskutek wstrząsu.

Dla większości osób ładowanie akumulatora polega tylko i wyłącznie na podłączeniu do niego prostownika i pozostawieniu na kilka godzin. Ale w praktyce nie jest to takie oczywiste. Akumulator podczas ładowania należy dozorować, aby nie uszkodzić go jeszcze bardziej.

Na początku podłączamy przewody do odpowiednich biegunów akumulatora i włączamy prostownik do zasilania. W tym momencie zaczynają się różnice w sposobach ładowania różnych typów akumulatorów w kolejnych stadiach rozładowania.

Podstawowe wielkości charakteryzujące akumulator

Ilustracja 1. Przebieg prądowy w ładowaniu dwustopniowym.

Ilustracja 2. Przebieg procesu ładowania przy ładowaniu prądem o stałej wartości.

Ilustracja 3. Orientacyjne ustalenie stopnia naładowania przez pomiar napięcia akumulatora bez obciążenia.

Ilustracja 4. Trwałość akumulatora w zależności od głębokości rozładowywania.

Ilustracja 5. Gęstość elektrolitu, a co za tym idzie – stan naładowania akumulatora można sprawdzić za pomocą refraktometru lub aerometru.

1. Minimalne napięcie pracy (napięcie wyładowania UW) – wartość napięcia między biegunami, do której może być wyładowany akumulator w normalnych warunkach pracy bez obawy jego uszkodzenia. Dla akumulatorów 12 V wynosi ono 10,5 [V]. W czasie wyładowania masy czynne płyt akumulatora przechodzą w siarczan ołowiawy, co powoduje zmniejszenie napięcia.

2. Prąd znamionowy akumulatora (prąd 20-godzinowy I20 lub IZN) – wartość prądu, jaki można pobrać z akumulatora całkowicie sprawnego i naładowanego w czasie 20 godzin do osiągnięcia przez niego stanu normalnego wyładowania. Jego wartość oblicza się następująco:

gdzie QZN to pojemność znamionowa akumulatora.

3. Pojemność znamionowa (pojemność 20-godzinowa) akumulatora (QZN lub Q20) – ilość ładunku elektrycznego wyrażona w [Ah], jaką może oddać w pełni sprawny i naładowany akumulator do osiągnięcia stanu normalnego wyładowania w czasie 20 godzin w temperaturze 25°C.

4. Gęstość elektrolitu – to parametr wskazujący stan naładowania akumulatora. Pomiaru gęstości dokonujemy aerometrem co najmniej po 30 minutach od zakończenia pracy lub ładowania akumulatora. Gdy dolewaliśmy elektrolit, pomiaru gęstości można dokonać dopiero po upływie doby ze względu na prawidłowe wymieszanie się płynów. Gęstość elektrolitu zmienia się wraz ze zmianami temperatury. Aby możliwe było porównywanie akumulatorów przyjęto, że pomiaru gęstości dokonuje się w temperaturze 25°C.

5. Prąd ładowania akumulatora (IŁAD) – jest to wartość prądu przepływającego przez akumulator w czasie ładowania. Wartość prądu ładowania może być różna w zależności od zastosowanej metody ładowania.

Metody ładowania

1. Doładowanie – normalne uzupełnienie nagromadzonego w akumulatorze ładunku. Prąd doładowania wynosi

IDOL = 0,1·Q20 [A]

2. Podładowanie (ładowanie przyspieszone) – w sytuacji konieczności szybkiego doprowadzenia energii. Polega na ładowaniu akumulatora prądem

IPOD = 0,8·QZN = 0,8·Q20[A]

do chwili rozpoczęcia gazowania, a następnie zmniejszeniu prądu ładowania do wartości

I = 0,1·Q20 [A]

Nie jest ono korzystne dla akumulatora i dlatego należy je przeprowadzać tylko w przypadkach awaryjnych.

3. Ładowanie wyrównawcze (między ogniwami) – polega na powolnym ładowaniu akumulatora, a następnie przeładowaniu prądem o wartości

I = 0,05·Q20 [A]

lub mniejszej. W ten sposób wyrównuje się stan naładowania poszczególnych ogniw w akumulatorze.

4. Ładowanie odsiarczające – zasiarczenie akumulatora jest skutkiem nadmiernego wyładowania lub odstawienia na dłuższy czas po wyładowaniu. Zasiarczenie polega na powstawaniu siarczanu ołowiawego. Jest to stan niezdatności akumulatora do eksploatacji. Jednak przy niewielkim zasiarczeniu można akumulator jeszcze uratować przez odpowiednie ładowanie z przerwami. Prąd ładownia musi mieć wartość od 0,02 do 0,05 Q20. Ładujemy z przerwami tzn. po 12 godzinach ładowania robimy 2 godziny przerwy. Proces kończymy po wystąpieniu objawów pełnego naładowania tj.:
1. stałej gęstości elektrolitu,
2. intensywnego gazowania,
3. stałego napięcia na końcówkach przy trzech kolejnych pomiarach wykonanych w odstępach jednogodzinnych.

Amperomierz

Ilustracja 6. Sprawdzenie sprawności akumulatora może się odbyć za pomocą testera obciążeniowego.

Ilustracja 7. Na rynku dostępne są nawet ładowarki do akumulatorów wykorzystujące energię słoneczną.

Ilustracja 8. Tester akumulatorów z możliwością wydruku wyników.

Ilustracja 9. Prostownik do akumulatorów wyposażony w kompensację napięcia ładowania zależną od temperatury otoczenia.

Większość dostępnych prostowników to jednostki sterowane mikroprocesorowo, choć nie brakuje tych starszych opartych na zwykłym półprzewodnikowym układzie prostującym. Każdy z nich posiada wskaźnik natężenia prądu ładowania (A). Jego wskazania pozwalają na dość szczegółową analizę stanu akumulatora.

Prąd ładowania odczytany ze wskaźnika wynika z różnicy napięć między prostownikiem a ładowanym akumulatorem. Im różnica napięć jest mniejsza, tym mniejszy jest prąd na wskaźniku. Ogólnie przyjęto, że gdy wskazówka amperomierza na prostowniku osiągnie stan bliski zera (0), to akumulator jest naładowany. Ale nie zawsze. Tak samo może się zdarzyć, gdy akumulator ma zwarcie. Tuż po podłączeniu prostownika wskazówka na krótko wychyli się do końca skali, po czym spadnie z powrotem do zera. Oznacza to, że prostownik wyposażony jest w zabezpieczenie przeciążeniowe (termiczne), które właśnie zadziałało, nie pozwalając na uszkodzenie urządzenia.

W akumulatorze żelowym lub AGM nie można przekroczyć napięcia 14,8 V w momencie ładowania, ponieważ w przeciwnym razie, w wyniku przemian chemicznych, dochodzi do elektrolizy wody i „wysuszenia” akumulatorów. Dopuszczalna jest też sytuacja odwrotna polegająca na tym, że akumulatory standardowe można ładować prostownikami do akumulatorów żelowych (AGM). Pamiętać należy jedynie o tym, że ze względu na niższe napięcie ładowania możliwe będzie naładowanie standardowego akumulatora do 90–95% jego nominalnej wartości.

Sposoby ładowania akumulatora

Główna charakterystyka prądowa i priorytety wartości podczas ładowania są odmienne dla różnych sposobów ładowania. Ładowanie prądem o stałej wartości polega na określeniu maksymalnego natężenia ładowania. Zazwyczaj wynosi ono 0,1 pojemności akumulatora (na przykład dla akumulatora o pojemności 10 Ah prąd ładowania wynosi 1 A). Konieczne jest wtedy dozorowanie czasu ładowania i użycie prostownika umożliwiającego dostarczenie stałego co do wartości prądu do akumulatora, czyli zmieniającego napięcie ładowania w czasie ładowania. Sposób ten nie jest zalecany przez producentów akumulatorów, ponieważ ciężko określić ilość ładunku elektrycznego, który może być zmagazynowany w akumulatorze. Przy głębokim rozładowaniu akumulator nie zostanie całkowicie naładowany, a przy doładowaniu bardzo prawdopodobne będzie przeładowanie akumulatora.

Ładowanie stałym napięciem jest pewniejsze i bezpieczniejsze od sposobu wcześniejszego. Napięcie ładowania waha się w granicach od 2,25 do 2,5 V na ogniwo, co dla akumulatora 12 V daje napięcie ładowania rzędu 13,5–15 V. Na samym początku ładowania prąd przekroczyłby wartość 0,25 C, co dla małych akumulatorów może być niekorzystne, ale powszechnie stosowane baterie samochodowe nie będą miały z tym problemu. Wartość prądu szybko spadnie do bezpiecznych wartości. Przy tym sposobie ładowania należy pamiętać o zasadach użytkowania akumulatora. Akumulatory pracują jako jednostki rezerwowe lub są rozładowywane i ładowane cyklicznie. Gdy akumulator pracuje cyklicznie, to podczas ładowania musi zostać szybko naładowany do pełna, więc prąd ładowania może się zawierać w zakresie 0,1 do 0,25 C, a napięcie ładowania na poziomie 2,4 do 2,5 V na ogniwo (14,4–15 V na akumulator). Jeśli akumulator jest w pracy ciągłej i jest stale doładowywany, to należy go ładować napięciem na poziomie 2,25 do 2,3 V na ogniwo (13,5–13,8 V na akumulator). Takie napięcie zagwarantuje prąd doładowujący na poziomie 0,0005 do 0,004 C, co wystarczy do uzupełnienia strat samorozładowania i nie doprowadzi do gazowania akumulatora i utraty wody z elektrolitu.

Gdy akumulator pracuje jako bufor napięciowy, a trzeba go szybko naładować, stosuje się ładowanie dwustopniowe. Najpierw akumulator jest ładowany prądem 0,25 C. Po niedługim czasie zmniejsza się napięcie ładowania, a prąd spada do wartości około 0,02 C. To ustabilizuje akumulator i nie doprowadzi do wydzielania się gazów i utraty wody.