Regeneracja pb.pdf

OPRACOWANIA – WDROŻENIA – EKSPLOATACJA

Regeneracja stacjonarnych baterii kwasowo-ołowiowych

Jacek Świątek, Witold Hejnrych

W systemie zasilania gwarantowanym napięciem stałym

lub przemiennym stacjonarna bateria akumulatorów jest

sercem układu. Jest także magazynem, który zabezpiecza

dostęp do energii w przypadku zaniku zasilania sieci

podstawowej. Nawet najlepszy system, z najlepszymi

parametrami prądu i napięcia wyjściowego, ale z wadliwą

baterią, która nie jest w stanie zapewnić wymaganego czasu

podtrzymania, nie spełni swojego zadania. Kondycja baterii

i dbałość o jej parametry jest bardzo ważnym elementem,

niezbędnym dla prawidłowego funkcjonowania układu

zasilania napięciem gwarantowanym.

Pojęcia używane w artykule:

Akumulator – ogniwo galwaniczne, wielokrotnie użytkowa-

ne i ładowane prądem elektrycznym. Akumulatory gromadzą

i później uwalniają energię elektryczną dzięki odwracalnym re-

akcjom chemicznym zachodzącym w elektrolicie oraz na styku

elektrolitu i elektrod.

Ogniwo – najmniejszy akumulator, dla akumulatorów kwasowo-

-ołowiowych ogniwo ma napięcie nominalne 2 V.

Monoblok – akumulator zestawiony w jednej obudowie z wielu

ogniw: np. z 3 (wtedy napięcie nominalne jest 6 V) lub z 6 ogniw

(wtedy napięcie nominalne jest 12 V).

Bateria – szeregowo połączone ogniwa.

Bateria klasyczna – oznaczenie według normy PN-EN 60896-

21:2005 – VF gazowanie swobodne ( free vented ). Bateria zesta-

wiona z ogniw z odgazowaniem swobodnym, elektrolit płynny,

klasyczny. Wymaga ustawienia w wydzielonych pomieszcze-

niach – w akumulatorniach.

Bateria VRLA z rekombinacją gazów – oznaczenie według

normy PN-EN 60896-21:2005 – VRLA ( valve regulated lead

acid ). Bateria zestawiona z ogniw z odgazowaniem regulowa-

nym zaworami (znikoma emisja gazów), elektrolit uwięziony

w postaci żelu lub w matach szklanych. Można ją eksploatować

w pomieszczeniach, które nie są specjalnie wydzielone, przy gra-

witacyjnej lub zredukowanej wentylacji.

Napięcie baterii [V] – napięcie nominalne baterii, najczęściej od

12 do nawet 400 V, wynikające z liczby połączonych szeregowo

ogniw.

Napięcie buforowe, bufor – napięcie ładowania baterii podczas

spoczynku. Jest ono konieczne do pokrycia strat wynikających

z samorozładowania.

Pojemność – miara energii w akumulatorze. Jest to ilość wydat-

kowanego prądu w czasie [Ah].

Kondycję baterii można porównać do zdrowia człowieka – nie tyl-

ko dlatego, że w baterii oraz w organizmie ludzkim zachodzą proce-

sy elektrochemiczne. Przy tym porównaniu chodzi przede wszyst-

kim o podejście mentalne. Jeżeli człowiek nie odczuwa poważnych,

negatywnych sygnałów o zdrowiu, zwykle się nim nie interesuje

i nie stosuje proilaktyki. Podobnie jest z baterią. Jeśli przechodzi

ona testy pojemności z odpowiednim rezultatem, to nie próbujemy

jej regenerować i poprawiać jej parametrów. Dopiero jeśli utraci po-

jemność w takim stopniu, że nie nadaje się do eksploatacji, najczęś-

ciej zostaje podjęta decyzja o pracach serwisowych. W takim mo-

mencie może być już za późno na skuteczne czynności naprawcze.

Jeżeli sygnały o złej kondycji baterii przyjdą zbyt późno i system

zasilania nie będzie działał poprawnie, to koszty takiej diagnostyki

są zwykle bardzo wysokie. W dalszej części artykułu zostaną omó-

wione sposoby zapobiegania awariom baterii i sposoby efektywne-

go poprawiania jej pojemności.

W artykule [1] opisano, jaką praktyczną żywotność osiągają kwaso-

wo-ołowiowe akumulatory VRLA na stacjach energetyki zawodowej

w Polsce. Z doświadczeń eksploatacyjnych wynika, że jest to zaledwie

50-60% żywotności katalogowej. Z tego powodu zastosowanie właś-

ciwych metod regeneracyjnych jest niezbędne dla uzyskania akcepto-

walnej przez użytkowników żywotności baterii kwasowo-ołowiowych.

Dotyczy to szczególnie baterii z rekombinacją gazów z zaworami bez-

pieczeństwa (typu VRLA). Dodatkowo metody regeneracji muszą być

dostosowane do realiów eksploatacyjnych, czyli muszą być efektyw-

ne, przy minimalnym dodatkowym serwisowaniu.

Na skrócenie żywotności mają też wpływ inne czynniki, wynika-

jące z niewłaściwej eksploatacji baterii akumulatorów. Są to m.in.:

termiczne warunki pracy baterii (szczególnie zbyt wysokie tempe-

ratury pracy), charakter pracy (np. szkodliwe są częste cykle łado-

wania i rozładowania), wysokie tętnienia prądów ładowania, płytkie

rozładowania itp. Często uszkodzenia baterii wynikają ze złych pa-

rametrów ładowania. Klasyikacja uszkodzeń, ze względu na miej-

sce ich powstania, została przedstawiona na rysunku 1.

Ze względu na rodzaje uszkodzeń w akumulatorze, można je po-

dzielić na:

 mechaniczne, czyli wszystkie ilościowe ubytki elementów aku-

mulatora, takich jak elementy wsporcze, połączenia, sworznie, ubyt-

ki materiału aktywnego na płytach, parowanie elektrolitu,

Uszkodzenia baterii kwasowych

Uszkodzenie baterii w końcu zawsze (najczęściej z jakimś in-

terwałem czasowym) skutkuje obniżeniem się pojemności i skró-

ceniem czasu przydatności akumulatora do pracy w systemie. Pro-

cesy starzeniowe baterii akumulatorów są nieuniknione i zachodzą

w sposób naturalny. Te zmiany są uwzględnione w deklarowanej

przez producenta żywotności katalogowej.

Mgr inż. Jacek Świątek − APS Energia, Zielonka

mgr inż. Witold Hejnrych − Trakcja Polska, Warszawa

Rok LXXVII 2009 nr 8

OPRACOWANIA – WDROŻENIA – EKSPLOATACJA

Rys. 1. Rodzaje uszkodzeń w akumulatorach kwasowo-ołowiowych, ze względu na miejsce wystąpienia

Zmiany zachodzące w elektrolicie

W trakcie pracy akumulatorów klasycznych z elektrolitem cie-

kłym w trybie buforowym oraz ładowania i rozładowania baterii,

elektrolit ma tendencję do miejscowej zmiany gęstości, czyli do

rozwarstwiania się (stratyikacji). Zjawisko to nie występuje w aku-

mulatorach z elektrolitem uwięzionym VRLA.

Uformowany fabrycznie akumulator zwykle ma stały rozkład

gęstości, natomiast podczas eksploatacji stan ten zostaje zakłó-

cony. W trakcie pracy buforowej zjawisko stratyikacji jest kon-

sekwencją opadania cięższych cząstek kwasu (zgodnie z prawem

ciążenia). Podczas ładowania akumulatora i po rozładowaniu gę-

stość w obszarze między płytami zwiększa się, natomiast powyżej

i poniżej (czyli poza obrysem płyt) gęstość będzie taka, jak przed

ładowaniem. W wyniku tych procesów podczas eksploatacji ba-

terii następuje rozwarstwienie się gęstości kwasu – od najniższej

na górze, do bardzo wysokiej na dole akumulatora. Taki stan jest

niebezpieczny, ponieważ w miejscach o zwiększonej gęstości ele-

menty akumulatora są bardziej podatne na korozję i uszkodzenia

mechaniczne. Ponadto akumulator, w którym występuje zjawisko

stratyikacji elektrolitu, ma niższą pojemność, niższą siłę elektro-

motoryczną i nierównomierny (związany z rozkładem gęstości kwa-

su) rozkład prądów międzyelektrodowych. Bateria wykazuje także

większą podatność do samorozładowania. Osiągnięcie jednorodnej

gęstości kwasu jest łatwe – można ją uzyskać przez mechaniczne

lub elektryczne wymieszanie elektrolitu. Mieszanie mechaniczne

(przez pompy powietrzne) nie jest stosowane przy akumulatorach

stacjonarnych. Dla tego typu ogniw wystarczy wykonywać miesza-

nie elektryczne, czyli doprowadzenie akumulatorów do gazowania

przez podniesienie napięcia ładowania do 2,30/2,40 V na ogniwo.

Jest to zabieg prosty, wręcz obowiązkowy, po teście pojemności.

Często jednak nie jest on przeprowadzany i stosuje się standardowe

ładowanie IU , tj. prądem stałym co do wartości (ograniczonym do

prądu dziesięciogodzinnego baterii) oraz stałym napięciem buforo-

wym. Po wymieszaniu elektrolitu przez gazowanie należy pamiętać

o sprawdzeniu poziomu elektrolitu i w razie konieczności dolaniu

wody destylowanej.

 morfologiczne płyt – związane z powstawaniem miejscowej mi-

kroformy krystalicznej siarczanów ołowiu, która powoduje nieod-

wracalne zasiarczenie płyt,

 chemiczne – związane ze zmianą rozkładu gęstości elektro-

litu.

Uszkodzenia mechaniczne można zrekompensować tylko przez

wymianę zniszczonych elementów. W obecnie produkowanych

akumulatorach klasycznych jest to praktycznie niemożliwe.

W przypadku ubytków mechanicznych można uzupełnić poziom

elektrolitu, ale też nie zawsze, gdyż nie dotyczy to akumulatorów

VRLA z rekombinacją gazów (w których ich szczelna konstruk-

cja oraz uwięzienie elektrolitu w matach szklanych lub w żelu

takie czynności wyklucza).

Niekiedy można wymienić zewnętrzne elementy akumulatora,

np. złączki międzyogniwowe lub sworznie. Inne elementy me-

chaniczne są nie do naprawienia. W akumulatorach produkowa-

nych do końca lat 80. w słojach szklanych można było wykony-

wać bardziej skomplikowane naprawy mechaniczne [2], jednak

takich prac serwisowych już się nie wykonuje.

Regeneracja może natomiast wpływać na poprawę parametrów

morfologicznych płyt i chemicznych elektrolitu. Można to uzyskać

przez zwiększenie efektywności odsiarczania materiału aktywnego

płyt. Efekt utraty części materiału aktywnego – PCL ( permanent ca-

pacity lost ) został opisany w [1]. W czasie normalnej eksploatacji

baterii PCL jest niemożliwy do zlikwidowania. Jeżeli zachodzące

w akumulatorze zmiany chemiczne nie będą szybko korygowane,

to w konsekwencji staną się przyczyną mechanicznych uszkodzeń

akumulatora.

Zmiany parametrów morfologicznych i chemicznych

w akumulatorze

W akumulatorze może wystąpić zmiana parametrów chemicznych

elektrolitu oraz materiału aktywnego płyt. Powoduje to obniżenie

pojemności dyspozycyjnej akumulatora. Mechanizm powstawa-

nia oraz przebieg tych procesów można wyjaśnić na podstawie [3]

i [4].

Rok LXXVII 2009 nr 8

OPRACOWANIA – WDROŻENIA – EKSPLOATACJA

Rys. 2. Rozwarstwienie elektrolitu

w bateriach akumulatorów

Rys. 3.

Częściowo odsiarczona płyta akumulatora

Likwidację dużych kryształów można wykonać przez zastoso-

wanie specjalnej strategii ładowania lub przez dodanie specjalnych

związków do elektrolitu. Ta druga metoda ma zastosowanie tylko

dla ogniw z elektrolitem ciekłym.

Metody regeneracji akumulatorów kwasowo-ołowiowych

Regeneracji podlegają tylko zmiany chemiczne i morfologiczne

akumulatora. Zlikwidowanie rozwarstwienia elektrolitu jest dość

proste – jak wspomniano, wystarczy zapewnić elektryczne miesza-

nie elektrolitu. Można to uzyskać przez zastosowanie ładowania

wyrównawczego (ładowania stałonapięciowego – wyższym napię-

ciem niż buforowe lub ładowania stałoprądowego).

Dużo trudniejsza jest rekrystalizacja, czyli zlikwidowanie dużych

kryształów siarczanu ołowiu PbSO 4 występujących na elektrodach

baterii. Rozpuszczenie tych kryształów nie jest możliwe za pomocą

klasycznych metod ładowania, stosowanych dla baterii stacjonar-

nych. Można to uzyskać przez następujące czynności:

– dolanie do elektrolitu specjalnych związków przyśpieszających

rozpuszczenie dużych kryształów siarczanów ołowiu,

– zastosowanie specjalnej strategii ładowania odsiarczającego,

przyśpieszającego rozpuszczenie dużych kryształów siarczanów

ołowiu.

Pierwsza metoda polega na wprowadzeniu do elektrolitu związ-

ków chemicznych przyśpieszających rozpuszczenie kryształów. Są

to związki zawierające silne utleniacze, najczęściej perhydrol (czyli

30-procentowy roztwór nadtlenku wodoru H 2 O 2 ). Firmy świadczą-

ce takie usługi mają pełną certyikację bezpieczeństwa, zapewnia-

jącą że w trakcie zabiegów nie zostaną uszkodzone inne elementy

akumulatora. Skład takich mieszanek jak np. PowerBatt jest ścisłą

tajemnicą handlową przedsiębiorstw, natomiast skuteczność tej me-

tody została wielokrotnie potwierdzona w praktyce. Metody tej nie

można zastosować do akumulatorów z elektrolitem uwięzionym

VRLA i AGM, gdyż elektrolit jest uwięziony i zamknięty wewnątrz

ogniwa. W przypadku ogniw stacjonarnych jest to duża uciążliwość,

ponieważ większość niedomagań i uszkodzeń dotyczy właśnie og-

niw VRLA z elektrolitem uwięzionym.

Druga metoda polega na zastosowaniu w ostatniej fazie ładowa-

nia baterii charakterystyki stałoprądowej, dla której prąd jest ogra-

niczony do 10-20% prądu 10-godzinnego. Ładowanie prądowe

w fazie, kiedy akumulator ma już wysoką gęstość elektrolitu, sku-

tecznie rozpuści duże kryształy i zregeneruje materiał aktywny na

płytach. Ograniczenie prądu ładowania do zaledwie 10-20% prądu

10-godzinnego daje możliwość zastosowania tej metody dla ogniw

z zaworami typu VRLA (dla tak małej wartości prądu system we-

wnętrznej rekombinacji powinien sobie poradzić z cyklem repro-

dukcji wody i zawory bezpieczeństwa nie powinny się otworzyć,

a ogniwa nie powinny ulec wysuszeniu). Rozpuszczając kryształy

przy użyciu tej metody w akumulatorach klasycznych, można pod-

nieść wartość prądu ładowania.

Zmiany zachodzące w materiale aktywnym płyt

W trakcie rozładowania następuje zamiana energii chemicznej

na elektryczną oraz (w konsekwencji tego) przemiana materiału

aktywnego płyt na siarczan ołowiu (PbSO 4 ). Kryształy siarcza-

nów – przy pełnym rozładowaniu – pokrywają całą powierzch-

nię elektrod. W wyniku ładowania elektrycznego akumulatora

kwasowego i procesów chemicznych siarczany zmieniają się na

materiał aktywny elektrod. Siarczany ołowiu powstałe w wyniku

rozładowania są małe, ale pozostawione przez dłuższy czas na

płytach mają tendencję do wzajemnego łączenia się, tworząc duże

kryształy.

Zjawisko krystalizacji i powstawania dużych kryształów na pły-

tach może być konsekwencją pozostawienia baterii rozładowanej

po jej pracy autonomicznej. Takie kryształy mogą tworzyć się

także w trakcie długiego rozładowania, np. prądem 8-10-godzin-

nym lub mniejszym (siarczany, które powstały w pierwszej fazie

rozładowania, długo pozostają na płytach). Powstawanie takich

kryształów w ogniwach starszych technologii z kratkami płyt wy-

sokoantymonowych, występowało w dużo mniejszym stopniu i nie

było aż tak groźne. Wprowadzenie innych dodatków w miejsce

antymonu do stopów kratek płyt, takich jak wapń i selen, ograni-

czyło gazowanie akumulatorów, ale wpłynęło negatywnie na pro-

cesy morfologiczne związane z powstawaniem dużych kryształów.

Dodatkowo w typach ogniw wysokoantymonowych duży prąd ła-

dowania buforowanego rozpuszczał takie kryształy i powodował

rekrystalizację.

We współczesnych technologiach akumulatorów kwasowych

z kratkami elektrod ze stopów niskoantymonowych oraz bezanty-

monowych zjawisko powstawania dużych kryształów jest bardzo

groźne. W końcowej części ładowania dla charakterystyki stało-

napięciowej prąd jest bardzo mały. Z tego powodu część dużych

kryształów siarczanu zostaje nierozpuszczona na płytach i jest po-

wodem permanentnej utraty pojemności ogniw, gdyż takie kryształy

siarczanu ograniczają powierzchnię czynną płyt. Duże kryształy są

termodynamicznie stabilniejsze (trudno je zlikwidować), zaś kine-

tycznie mają gorszą proporcję powierzchni do masy, a więc trudniej

ulegają procesom elektrochemicznym.

Przy rekrystalizacji współczynnik rozpuszczania jest związany ze

stężeniem jonów. Taki widok – tylko częściowo odsiarczonej elek-

trody dodatniej – przedstawiono na rysunku 3 (na elektrodzie obok

PbO 2 widać duże kryształy PbSO 4 ).

Rok LXXVII 2009 nr 8

OPRACOWANIA – WDROŻENIA – EKSPLOATACJA

Rys. 4. Schemat układu do realizacji odsiarczania

Wymagania prostownika do ładowania baterii

Prostownikiem może być urządzenie będące na wyposażeniu

obiektu lub serwisowe, czyli dostarczone specjalnie dla zabiegu

odsiarczania, które powinno zapewnić automatyczne ładowanie od-

siarczające (najlepiej bez ingerencji służb eksploatacyjnych). Musi

także spełniać wszystkie wymagania zapewniające długą żywotność

baterii (w tym wymogi normy EUROBAT [6] oraz zalecenia pro-

ducentów baterii dotyczące stabilizacji napięcia ładowania, pulsacji

napięcia i prądu ładowania, kompensacji termicznej napięcia buforo-

wania itp.). Użytkownik powinien mieć możliwość odpowiedniego

modelowania charakterystyki, gdzie przełączenia pomiędzy każdym

trybem ładowania powinny być wykonywane automatycznie.

W latach 70. i 80. przy odsiarczaniu akumulatorów samocho-

dowych stosowano bardzo pracochłonne zabiegi, przedstawiane

w prasie motoryzacyjnej z lat 80., a także w obecnie dostępnych

portalach [5]. Dziś taki zestaw zabiegów i takie działanie wydaje się

trudne do zastosowania ze względów ekonomicznych.

Dla akumulatorów samochodowych z lat 80. wykonywano:

– ładowanie kontrolne (informacja o rodzaju zasiarczenia płyt),

– pomiar gęstości elektrolitu,

– wylanie elektrolitu i napełnienie akumulatora wodą destylowaną,

– wstępne ładowanie 1 godz. prądem Q10,

– wylanie elektrolitu i napełnienie akumulatora wodą destylowaną,

– właściwe pierwsze ładowanie odsiarczające (26-48 godzin) prą -

dem Q5,

– pomiar gęstości elektrolitu,

– próbę akumulatora – pomiar napięcia pod obciążeniem,

– wylanie elektrolitu i napełnienie akumulatora wodą destylowaną,

– drugie ładowanie odsiarczające (8-12 godzin) prądem Q5,

– pomiar gęstości elektrolitu,

– wylanie elektrolitu i napełnienie akumulatora elektrolitem 1,26,

– ładowanie (30 minut) prądem Q10,

– wylanie elektrolitu i napełnienie akumulatora elektrolitem 1,26,

– ładowanie (3-4 godziny) prądem Q10,

– pomiar gęstości elektrolitu.

Wykonanie tak skomplikowanej obsługi na obiektach przemysło-

wych jest niemożliwe. Zastąpienie tych wszystkich zabiegów łado-

waniem z charakterystyką stałoprądową znacznie ułatwia zadanie

(taką metodę obsługi akumulatorów opisał prof. Uwe Sauer w re-

feracie [4], przedstawionym na konferencji w Kozienicach w 2006

roku). Metoda ta zapewnia uzyskanie rekrystalizacji dużych krysz-

tałów, ale może spowodować większą korozję kratki wsporczej

elektrody dodatniej.

Wymagania dla przetwornicy DC/DC

separującej odbiory od wysokiego napięcia

W końcowej fazie ładowania odsiarczającego należy zastosować

ładowanie stałoprądowe bez ograniczania napięcia, celowe wydaje

się zatem zabezpieczenie odbiorów przed zbyt wysokim napięciem

przez zastosowanie przetwornicy DC/DC. Ponieważ takie wyposa-

żenie nie jest standardem na obiektach przemysłowych, urządzenie

musi być dostarczone przed rozpoczęciem prac.

Przetwornica powinna być dobrana prądowo do prostownika oraz

mieć przeciążalność około 150% I n , w celu zapewnienia prawidło-

wego zadziałania zabezpieczeń. Jeżeli na obiekcie są dwie baterie

(jedną można odłączyć) lub zostanie podstawiona bateria zastępcza

albo odbiory mogą pracować przy wysokim napięciu, wtedy prze-

twornica nie jest konieczna.

Charakterystyki ładowania regeneracyjnego

Dla przykładu zostanie opisane ładowanie baterii, dla której po

teście pojemności stwierdzono spadek pojemności, a jednocześnie

istnieje podejrzenie, że może to być skutkiem wytworzenia się du-

żych kryształów siarczanów na płytach (wiek baterii nie wskazuje

na możliwość wystąpienia starzenia z powodów mechanicznych).

Podczas regeneracji do baterii należy dostarczyć ładunek na pozio-

mie ok. 130-180% pojemności nominalnej (w zależności od stanu

baterii trzeba ustalić, czy regeneracja ma być dłuższa czy krótsza).

Regeneracja baterii akumulatorów stacjonarnych

w obiektach energetycznych

Ładowanie odsiarczające dla aplikacji przemysłowych trzeba wy-

konać tanio, jednocześnie przy łatwej realizacji tego zabiegu, z jak

najmniejszą liczbą godzin serwisowych – tak, aby było to ekono-

micznie uzasadnione. W związku z tym regenerację należy wyko-

nać automatycznie (z minimalnym czasem nadzoru) na pracującej

instalacji przemysłowej (bez konieczności wypięcia akumulatorów

z układu i podstawienia baterii zastępczej). Większość instalacji sta-

cyjnych w Polsce ma jedną baterię (wyjątkiem są systemowe stacje

PSE), dlatego w dalszej części artykułu zostanie przedstawiony spo-

sób obsługi akumulatorów dla takiej koniguracji systemu. Układ do

regeneracji akumulatorów (rys. 4) zawiera dwa główne elementy:

prostownik oraz przetwornicę.

● Wariant odsiarczania baterii z zapewnieniem szybkiego odzy-

skania pojemności dyspozycyjnej (ok. 70-80%) dla zapewnienia

bezpieczeństwa odbiorów. W celu zapewnienia bezpieczeństwa

układu, który rezerwuje bateria, przed wystąpieniem właściwej fazy

odsiarczającej trzeba w miarę szybko odbudować pojemność dys-

pozycyjną akumulatorów. W tym przypadku nawet jeżeli wystąpi

przerwa w zasilaniu w trakcie przeprowadzania odsiarczania, bate-

ria zapewni rezerwowanie układu napięciem gwarantowanym.

Rok LXXVII 2009 nr 8

OPRACOWANIA – WDROŻENIA – EKSPLOATACJA

Ładowanie powinno składać się z trzech faz:

1 faza: ładowanie prądem stałym I 10 (10-godzinnym) – zakończenie

fazy i przełączanie regulowane kryterium napięciowym, tj. osiąg-

nięcie napięcia ok. 2,3-2,4 V/ogniwo. Zgodnie z doświadczeniem

eksploatacyjnym faza ta trwa ok. 6-8 godzin.

2 faza: ładowanie stałym podwyższonym napięciem – zakończenie

fazy i przełączanie regulowane kryterium prądowym, tj. do osiąg-

nięcia prądu ok. 0,1 do 0,2 I 10 . Zgodnie z doświadczeniem eksploa-

tacyjnym ta faza będzie trwała także ok. 6-8 godzin.

3 faza: ładowanie stałym prądem I = (0,1-0,2) I 10 – zakończenie fazy

i przełączanie powinno być regulowane kryterium czasowym. Czas

powinien być tak wyliczony, aby do baterii wtłoczyć 130-180% po-

jemności dyspozycyjnej.

Rys. 5. Krzywa ładowania akumulatora kwasowego, charakterystyka IUI

TABELA I. Wyniki napięć z testu pojemności 1

Przykład.

Dla baterii o pojemności C 10 = 75 Ah (przy

U k =1,8 V/ogniwo, T = 20 o C), charakterysty-

ka może być dobrana w następujący sposób:

1 faza: ładowanie prądem stałym. Ogra-

niczenie prądowe nastawione dla prądu

10-godzinnego, czyli I 10 = 7,5 A – przełą-

czenie przy osiągnięciu napięcia 2,4 V/og-

niwo. W tej fazie do baterii wprowadzimy

6 h × 7,5 A = 45 Ah.

Numer

ogniwa

Napięcie

buforowe

Początek

Godz. 15.30

Godz. 16.15

Godz. 16.30

13,63 V blok

(2,271 V ogn.)

13,14 V blok

(2,19 V ogn.)

11,97 V blok

(1,995 V ogn.)

11,93 V blok

(1,988 V ogn.)

11,90 V blok

(1,980 V ogn.)

13,73 V blok

(2,288 V ogn.)

13,27 V blok

(2,21 V ogn.)

12,09 V blok

(2,015 V ogn.)

12,05 V blok

(2,008 V ogn.)

12,03 V blok

(2,005 V ogn.)

13,53 V blok

(2,255 V ogn.)

13,12 V blok

(2,1860 V ogn.)

11,93 V blok

(1,988 V ogn.)

11,67 V blok

(1,945 V ogn.)

10,32 V blok

(1,720 V ogn.)* )

13,71 V blok

(2,285 V ogn.)

13,26 V blok

(2,210 V ogn.)

12,06 V blok

(2,010 V ogn.)

12,02 V blok

(2,000 V ogn.)

12,01 V blok

(2,000 V ogn.)

13,60 V blok

(2,266 V ogn.)

13,17 V blok

(2,195 V ogn.)

11,94 V blok

(1,990 V ogn.)

11,90 V blok

(1,983 V ogn.)

11,88 V blok

(1,980 V ogn.)

2 faza: ładowanie napięciem (2,4 V/ogni-

wo). Przełączenie nastąpi, jeżeli prąd osiąg-

nie 20% I 10 , czyli 2 A. W tej fazie do baterii

wprowadzimy 6 h × średnio 3 A = 18 Ah.

3 faza: ładowanie prądem stałym 2 A – prze-

łączenie kryterium czasowym. Wyliczenie

czasu: (150% × 75 Ah – (45 Ah + 18 Ah))

/2 A = 24,75 h.

13,62 V blok

(2,270 V ogn.)

13,24 V blok

(2,20V ogn.)

12,08 V blok

(2,013 V ogn.)

12,05 V blok

(2,000 V ogn.)

12,02 V blok

(2,000 V ogn.)

13,41 V blok

(2,235 V ogn.)

12,97 V blok

(2,161 V ogn.)

11,87 V blok

(1,978 V ogn.)

11,82 V blok

(1,970 V ogn.)

11,78 V blok

(1,965 V ogn.)

13,28 V blok

(2,213 V ogn.)

12,86 V blok

(2,143 V ogn.)

11,77 V blok

(1,961 V ogn.)

11,70 V blok

(1,950 V ogn.)

11,68 V blok

(1,946 V ogn.)

13,68 V blok

(2,280 V ogn.)

13,26 V blok

(2,210 V ogn.)

12,03 V blok

(2,143 V ogn.)

12,00 V blok

(2,000 V ogn.)

11,97 V blok

(1,995 V ogn.)

Wyjaśnienie formuły: 150% × 75 Ah – tyle

ładunku trzeba wprowadzić do baterii, czyli

150% pojemności nominalnej. Odejmujemy

(45 Ah+18 Ah), ponieważ tyle Ah zostało

wprowadzone już do baterii w fazie 1 i 2.

Wynik zostaje podzielony przez 2 A, po-

nieważ przy takim prądzie odsiarczającym

wykonujemy fazę 3.

13,32 V blok

(2,220 V ogn.)

12,92 V blok

(2,153 V ogn.)

11,85 V blok

(1,975 V ogn.)

11,78 V blok

(1,963 V ogn.)

11,76 V blok

(1,960 V ogn.)

13,64 V blok

(2,273 V ogn.)

13,20 V blok

(2,200 V ogn.)

11,99 V blok

(1,998 V ogn.)

11,94 V blok

(1,990 V ogn.)

11,92 V blok

(1,986 V ogn.)

13,75 V blok

(2,291 V ogn.)

13,35 V blok

(2,225 V ogn.)

12,12 V blok

(2,020 V ogn.)

12,07 V blok

(2,011 V ogn.)

12,05 V blok

(2,000 V ogn.)

13,15 V blok

(2,191 V ogn.)

12,70 V blok

(2,116 V ogn.)

11,74 V blok

(1,956 V ogn.)

11,68 V blok

(1,946 V ogn.)

11,65 V blok

(1,941 V ogn.)

13,09V blok

(2,181 V ogn.)

12,21 V blok

(2,035 V ogn.)

10,34 V blok

(1,723 V ogn.)

wypięty z układu wypięty z układu

● Wariant charakterystyki do odsiar-

czenia baterii obejmuje tylko 1 fazę: ła-

dowanie stałym prądem 1 A, przełączenie

kryterium czasowym. Wyliczenie czasu:

(130% × 75 Ah)/1 A = 97,5 h (ok. 4 dni).

Wyjaśnienie formuły: 130% × 75 Ah – tyle

ładunku chcemy wprowadzić do baterii,

czyli 130% pojemności nominalnej. Wynik

zostaje podzielony przez 1 A, ponieważ przy

takim prądzie odsiarczającym wykonujemy

tę fazę.

13,80 V blok

(2,30 V ogn.)

13,41 V blok

(2,235 V ogn.)

12,44 V blok

(2,073 V ogn.)

12,10 V blok

(2,016 V ogn.)

12,09 V blok

(2,015 V ogn.)

13,10 V blok

(2,183 V ogn.)

12,66 V blok

(2,110 V ogn.)

11,82 V blok

(1,970 V ogn.)

11,75 V blok

(1,958 V ogn.)

11,74 V blok

(1,956 V ogn.)

13,17 V blok

(2,195 V ogn.)

12,79 V blok

(2,131 V ogn.)

11,81 V blok

(1,968 V ogn.)

11,74 V blok

(1,956 V ogn.)

11,72 V blok

(1,953 V ogn.)

Łącznie

bateria

229,2 V bateria

(śr. 2,247 V ogn.)

221,47 V bateria

(śr. 2,171 V ogn.)

201,85 V bateria

(śr. 1,978 V ogn.)

188,02 V bateria

(śr. 1,843 V ogn.)

< 187 V bateria

(śr. 1,800V ogn.)

* ) Blok limitujący koniec pomiaru.

Rok LXXVII 2009 nr 8

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: