Bateria electrică este un dispozitiv de stocare a energiei electrice sub formă de energie chimică. Procesul este reversibil, astfel că, la conectarea unui consumator la bornele bateriei, energia chimică se eliberează sub formă de energie electrică.
Bateria electrică secundară numită și acumulator este reîncărcabilă. Bateria poate avea structura bazată pe una sau mai multe celule. Bateriile mari sunt compuse din pachete de baterii mai mici care sunt conectate în serie pentru a obține o tensiune ridicată sau sunt conectate în paralel pentru a debita curent mare. Conectarea mai multor baterii în serie sau în paralel se face respectând regula: bateriile să fie noi, la prima încărcare și de același tip (capacitate, tensiune).
Bateriile Pb-Acid au tehnologii diferite pentru a suporta regimuri de descărcare legate de aplicație: să dea curent mare la pornire, sau să genereze curent variabil pentru vehicule cu motoare electrice, sau să asigure energie mare de rezervă în surse UPS, sau să fie solicitate la consum variabil frecvent, sau să poată fi reîncărcate din generatoare electrice diferite (rețea publică, solar, celule de combustie).
Tipuri de baterii Pb-Acid
În funcție de aplicații s-au dezvoltat mai multe tipuri de baterii Plumb-Acid reîncărcabile, care să răspundă cerințelor de a da putere mare într-un timp scurt sau energie mult timp.
1. Bateriile de Pornire (Starting sau Cranking sau SLI – Starting Light Ignition battery) dau putere mare necesară învingerii inerției unui motor la pornire, fiind proiectate să debiteze un curent mare (sute de Amperi) pentru un timp scurt (câteva secunde) până la demararea unui motor cu ardere internă.
Descărcarea se face cu aprox.10% în timp scurt, apoi trebuie încărcate, deoarece menținerea stării de încărcare aproape de 100% le mărește durata de utilizare. Au electrozi mulți cu grosime mică pentru a genera curenți mari.
2. Bateriile folosite în UPS (Standby battery) sunt solicitate ocazional și au densitate mare de energie pe care o pot debita într-un timp lung, specificat chiar pe baterie (ex. dacă se specifică timpul de descărcare 20 ore, pentru o baterie de 28Ah, ce se poate descărca profund cu 80%, se recomandă un curent maxim de descărcare cu valoarea (28Ah x 0,8):20h= 1,12A; nerespectarea acestui maxim de curent duce la încălzirea bateriei și la scurtarea duratei de utilizare). Bateriile de standby au electrozi cu grosime mare, fiind proiectate pentru un număr specificat de cicluri de descărcare profundă. În cazul sistemelor cu baterii și invertoare DC/AC trebuie aleasă o baterie de capacitate suficient de mare care să dea curentul impus de puterea sarcinii (ex. invertorul Meanwell, TN-1500-212, cu eficiență 88%, alimentat la 12Vdc solicită un curent de 150A, pentru a da 1500W la ieșirea de 220Vac).
Bateriile Pb-Acid sunt robuste, dau putere sau energie mari, la un cost rezonabil, dar au greutate mare.
Cerințe precum: volum mic, greutate redusă și eficiență energetică mare (densitate mare de energie) sunt asigurate de alte tipuri de baterii. Bateriile Li-Ion sunt o fracțiune din totalul bateriilor utilizate în aplicații, dar față de tradiționalele baterii de tip Pb-Acid, au o cantitate dublă de energie și ating în medie o durată de viață de 6 ori mai mare. Bateriile cu litiu pot suporta până 3000 cicluri de descărcare profundă (până la 80%) și încărcare rapidă fără a se distruge. Fiind compacte, ușoare, cu timpii de încărcare foarte scurți și o tehnologie de realizare care le asigură fiabilitatea extrem de ridicată, bateriile cu litiu sunt soluția perfectă pentru echipamente mobile.
Încărcarea bateriilor
Fiecare baterie are la bază procese chimice ce determină timpii, curenții, nivele limită de încărcare și de descărcare și temperatura normală de operare. Fiecare tip de baterie are cerințe proprii de operare, ce trebuie respectate strict pentru a asigura o funcționare sigură și de durată. În funcție de domeniul (domestic, industrial, medical) în care se utilizează bateriile, se folosesc diverse surse de încărcare.
Acumulatorii stationari cu plumb-acid folosesc un algoritm de tensiune la incarcare similar cu litiu-ion.Timpul de încărcare al unei baterii cu plumb acid sigilată este de 12-16 de ore, până la 36-48 de ore pentru bateriile stationare de mari dimensiuni. Cu curenţi de încărcare mai mari şi mai multe trepte , timpul de incarcare poate fi redus la 10 ore sau mai puţin. Acumulatorul plumb-acid este lent şi nu poate fi încărcat mai repede ca alte tipuri de baterii.
Incarcare se face in trei etape:
1.curent constant de maxim 10% din capacitatea acumulatorului, circa jumatate din timpul de incarcare
2.curent mai mic (topping charge) ce ofera saturatie
3.curent minim de finisare compenseaza pierderile (float charge)
Acumulatorul este complet încărcat atunci când scade curentul la un nivel predeterminat sau la nivelului din etapa. Tensiunea de float trebuie să fie redusă la încărcare completă.
La incarcare 70% se face la curentul maxim recomandat (5-8 ore) restul de 30% la curent mai mic de finisare (1-2 ore) Foarte important este ca incarcatorul sa efectueze si faza a-doua care este esentiala. O incarcare este completa atunci cand curentul scade la 3% din curentul nominal.
Setarea corectă a tensiunea de incarcare este critica si variaza de la 2.30 la 2.45V pe celula. Setarea pragului de tensiune este un compromis, şi experţi in acumulatori se referă la aceasta ca "dansul pe capul unui ac." Pe de o parte, bateria vrea să fie încărcată complet pentru a obţine capacitate maximă şi pentru a evita sulfatare pe placa de negativ, pe de altă parte, o stare de supra-saturate cauzeaza coroziune de reţea pe placa de pozitiv şi induce gazare.
Odată încărcată complet, prin saturaţie, bateria nu ar trebui să stea la tensiunea de topping pentru mai mult de 48 de ore şi trebuie să fie redusă la nivel de tensiune float. Acest lucru este deosebit de important pentru sistemele închise, deoarece aceste sisteme sunt mai puţin capabile de a tolera supraîncărcării decât tipul inundate. Încărcarea bateriei dincolo de ceea ce se poate lua de energie redundante în căldură şi bateria începe să produca gaz. Tensiunea float recomandată este de 2.25 la 2.27V/celula. (Bateriile stationare mari la 2.25V la 25 ° C (77 ° F) Producătorii recomandă reducerea taxei de float la temperaturi 29 ° C (85 ° F).
Dacă încărcătorul rămâne pe topping de încărcare şi nu scade mai jos 2.30V/celula, trebuie oprit după 48 de ore de încărcare.
Imbatranirea bateriei reprezintă o provocare în stabilirea optimă tensiunea de incarcare float, deoarece fiecare celula are proprietati legate de varsta. Conectate într-un şir, toate celulele primesc aceeaşi sarcină actuală şi controlul tensiunilor individuale pe celule, este aproape imposibil. Un curent float, care este prea mare pentru celula poate fi mic pentru alta şi provoca sulfatare . Companiile s-au dezvoltat celule-echilibrate, care sunt introduse in baterie ca să compenseze diferenţele de tensiuni dintre celule.
Bateriile cu plumb trebuie la fiecare şase luni incarcate pentru a preveni scaderea tensiunii mai jos de 2.10V/celula.
- Încărcătoarele expuse la fluctuaţii de temperatură ar trebui să includă senzori de temperatură pentru a regla tensiunea de incarcare pentru o eficienţă optimă. Dacă acest lucru nu este posibil, este mai bine să alegeţi o tensiune mai mică pentru motive de siguranţă. Tabelul de mai jos compară avantajele şi limitările de diferite setări de tensiune de vârf.
Încărcătorul corect dimensionat va da bateriei un curent acceptat până la 0.25 din capacitatea bateriei în amperi, dacă nu se ridică temperatura peste 52°C la bateriile cu electrolit lichid sau peste 38°C la bateriile AGM sau GEL (valve regulated – supapa de reglementare).
Încărcarea de absorbție: restul de aprox. 20% se încarcă menținând constantă tensiunea de absorbție a încărcătorului (între 14.1 V și 14.8 V, în funcție de valorile de referință ale încărcătorului și de tipul bateriei), scăzând treptat curentul, până când bateria este complet încărcată. Dacă bateria nu va avea o sarcină sau curentul nu se scade după un timp de reîncărcare așteptat, bateria se poate sulfata permanent. La încărcare normală, hidrogenul și oxigenul rezultate în reacția chimică se recombină rezultând apă, de aceea bateriile pot fi etanșate.
Dacă bateria este supraîncărcată, tensiunea de încărcare a bateriei crește peste tensiunea de gazare (gassing voltage), ceea ce va cauza formarea de hidrogen în exces. Tensiunea de gazare pentru bateria de 12V este 14.3 -14.4V, la temperatura camerei. În caz de presiune excesivă, în bateriile cu supapă, aceasta se deschide la o presiune între 2-6 psi pentru a se elibera hidrogenul gaz.
Dacă bateria se deconectează s-a realizat încărcarea.
După deconectarea de la încărcător, după circa 15 minute, o baterie de 12V stocată la temperatura standard de 20ºC și fără sarcină, are o tensiune la borne ce indică starea reală de încărcare: 100% – 12.65V, 75% – 12.45V, 50% – 12.25V, 25% – 12.05V, 0% – 11.90V. Tensiunea bateriei depinde și de temperatură.
Etapa 3. Încărcarea flotantă: Dacă bateria rămâne legată la încărcător, se trece la încărcare flotantă.
Tensiunea de încărcare este redusă între 13.0V și 13.8V și se menține constantă, în timp ce curentul este redus sub 10% din capacitatea bateriei. Acest mod poate fi folosit pentru a menține o baterie complet încărcată pe timp îndelungat.
Încărcarea în 8 Etape este încărcarea optimizată. În Etapa 1 se aplică încărcare cu pulsuri de curent pentru a reface proprietățile chimice la o baterie neutilizată mult timp (desulfatarea). După Etapele 2, 3, 4 (bulk, curent constant, tensiune constantă – specifice încărcării în 3 Etape) se trece în Etapa 5 de analiză, în care, după 2 minute de oprire a încărcării se determină starea bateriei măsurând variația tensiunii. De ex. la bateria de 12V, dacă tensiunea este sub 12.6V după 2 minute, se trece la Etapa 6 de recondiționare aplicând o tensiune mare (Vboost = 14.4V). Etapa 7 este de aducere la încărcarea 100% (nivel flotant). Etapa 8 este de menținere. Din încărcarea în 8 etape derivă încărcarea optimizată în 5 Etape.
Bateriile cu electrozii din aliaj Calciu-Plumb sunt mai rezistente la vibrații și șocuri, dar adăugând Calciu în aliaj, crește cu circa 0.4V tensiunea la care apare hidrogenul gaz, respectiv crește de la 14.4V la 14.8V. Aceasta înseamnă că tensiunea de încărcare ar trebui să fie mărită la 14.8V, dar problema reală există în aplicații auto, unde tensiunea dată de un alternator este fixată la 14.4V. Înlocuind baterii Pb-Acid cu baterii noi de tip Pb-Calciu-Acid sau Pb-Silver-Calciu-Acid, tensiunea de 14.4V dintr-un sistem de încărcare actual pe mașină poate fi insuficientă pentru a încărca complet bateria. Rezultă că bateria va rămâne într-o stare permanentă de descărcare, iar aceasta va duce la sulfatarea bateriei și posibilitatea de stratificare a electrolitului lichid. În final, bateria nu va asigura curentul maxim specificat și nici capacitatea de Ah pe care se bazează aplicația. De aici apare percepția utilizatorilor că: bateriile cu tehnologii moderne nu durează atât de mult cât se estimează. Cauza fiind de fapt, sub încărcarea cronică.Alegerea încărcătorului de baterie
Încărcarea corectă se face la curent constant, în etape, controlând tensiunea și temperatura bateriei, pentru a maximiza capacitatea și durata de viață a bateriei. Multe aplicații cer utilizarea bateriei pentru alimentarea unui consumator și simultan să se asigure încărcarea bateriei (ex. încărcarea prin panou solar sau celulă de combustie a unui aparat aflat în funcționare pe teren). De aceea, un dispozitiv de încărcare poate include și supravegherea funcționalității circuitului de la care ia putere pentru a o ceda bateriei.
Încărcaţi într-o zonă bine ventilată. Gazul degajat contine hidrogen generat în timpul încărcării si este exploziv.
Alege programul de încărcare corespunzător pentru acumulator. Verificaţi specificaţiile producătorului cu privire la pragurile de tensiune recomandate.
Încărcaţi bateriile cu acid după fiecare utilizare pentru a preveni sulfatare. A nu se păstra la încărcare mică.
Plăcile de baterii inundate trebuie întotdeauna să fie complet scufundat în electrolit. Umple bateria cu apă distilată sau deionizată pentru a acoperi plăcile dacă nivelul este scăzut. Apa de la robinet poate fi acceptabilă în anumite regiuni. Nu adăugaţi electrolit.
Umpleţi nivelul apei la nivel după încărcare. Supraîncărcarea atunci când bateria este descărcată poate cauza scurgeri de acid.
Formarea de bule de gaz într-un plumb acid indică faptul că bateria este complet incarcata.
Reducerea tensiunea de float dacă temperatura mediului ambiant este mai mare de 29 ° C (85 ° F).
Nu se depoziteaza la temperaturi de inghet. O baterie goala ingheata mai repede decât una care este complet încărcată. Nu încărcaţi niciodată un acumulator îngheţat.
Nu încărcaţi la temperaturi mai mari de 49 ° C (120 ° F).
Bateriile pot exploda
Aceasta este o situație periculoasă, dacă apare una din cauze:
1. Scurtcircuitarea bateriei. Dacă plăcile din baterie sunt scurtcircuitate, energia va fi eliberată rapid. Șocul termic pe plăcile unei baterii vechi le sparge și fac scurtcircuit reciproc. Electrolitul va fierbe și bateria va exploda.
2. Supraîncărcarea bateriei. Când bateria este supraîncărcată, tensiunea de încărcare crește peste tensiunea de gazare și va apare exces de hidrogen. Tensiunea de gazare a unei baterii Plumb-Acid de 12V este de apropiată de 14,3V – la temperatura camerei. O celulă deteriorată sau în curs de deteriorare are rezistența mai mică decât celulele bune. Deci tensiune mai mare apare în lungul celulelor bune și poate crește tensiunea peste nivelul tensiunii de gazare. Hidrogenul produs din această cauză se va recombina, dacă bateriile sunt sigilate (sealed), dar uneori hidrogenul poate scăpa din baterii Plumb-Acid cu electrolit lichid, ducând la incendiu și explozie dacă apare o scânteie.
Niciun comentariu:
Trimiteți un comentariu