대기 배터리 및 부동 충전
통신기기용 대기 비상전원, 무정전전원공급장치(UPS) 등에 사용되는 배터리는 OCV + x mV와 같은 일정한 전압으로 지속적으로 충전(또는 부동)한다. x 값은 설계 및 대기 제조업체에 따라 다릅니다. 일반적으로 float 값은 셀당 2.23~2.30V입니다. 배터리 온 플로트 서비스는 지속적으로 충전되는 서비스이며 정전이 발생한 경우에만 수행하도록 요청됩니다. 이 일정한 전위 값은 완전히 충전된 상태로 유지하기에 충분합니다. 정전위(CP) 충전은 이전 방전을 보상하기 위한 충전 외에도 배터리가 유휴 상태일 때 발생하는 자체 방전 프로세스를 보상합니다.
플로트 충전기는 어떻게 작동합니까?
플로트 충전기는 충전 상태에 관계없이 미리 설정된 전압으로 배터리를 지속적으로 충전합니다. 기기가 충전기에서 분리되지 않았습니다. 정전 및 주변 온도와 같은 지역 조건은 부동 전압의 보다 정확한 설정을 결정하기 위해 고려됩니다. 용량은 이 설정의 가장 중요한 측면입니다. 충전기에는 전력 차단이 자주 발생하는 다음 전원 차단을 위해 배터리를 준비하기 위한 부스트 기능이 있을 수도 있습니다.
충전 조건은 다음과 같습니다.
- 충전 유형: 셀당 2.25~2.30V의 일정한 전위, 셀당 -mV~-3mV의 온도 보상
- 초기 전류: 정격 용량의 최대 20~40%
- 충전 시간: SOC에 관계없이 연속
일부 제조업체에서는 15~30°C 범위에서 납산 배터리를 충전하는 것이 가장 효율적이며 주변 온도가 0~40°C 범위에 있으면 온도 보상이 필요하지 않다고 말합니다. 그렇지 않으면 충전 효율을 높이기 위해 내장된 온도 보상 회로를 고려할 수 있습니다. 20-25°C를 기준으로 셀당 oC 당 -2~-3mV의 온도 보상이 바람직합니다.
다음 표는 온도 보상에 대한 안내입니다.
1 번 테이블. 12V 배터리의 부동 전압에 대한 온도 보상
[http://www. eastpenn-deka.com/assets/base/0139.pdf]
|
온도, °C |
부동 전압, 볼트 |
|
|
최적 |
최고 |
|
|
≥ 49 |
12.8 |
13 |
|
44-48 |
12.9 |
13.2 |
|
38-43 |
13 |
13.3 |
|
32-37 |
13.1 |
13.4 |
|
27-31 |
13.2 |
13.5 |
|
21-26 |
13.4 |
13.7 |
|
16-20 |
13.55 |
13.85 |
|
10-15 |
13.7 |
14 |
|
05-09 |
13.9 |
14.2 |
|
≤ 4 |
14.2 |
14.5 |
플로트 충전 및 부스트 충전이란 무엇입니까?
충전 장비는 일반적으로 두 가지 충전 속도를 가질 수 있습니다. 그들은:
- 빠른 부스트 충전
- 세류 충전
일반적으로 비상 방전 후 배터리를 재충전하기 위한 급속 부스트 시설을 위한 시설이 포함됩니다. 부스터 부분은 플러디드 타입의 경우 배터리 충전을 위해 셀당 최대 2.70V, VRLA 배터리의 경우 최대 2.4~2.45V의 출력을 항상 가지고 있습니다. 세류 충전 출력은 셀당 2.25V의 전압 레벨에서 배터리의 자가 방전 및 기타 내부 손실을 보상할 수 있습니다. 전류 측면에서 필요한 출력은 배터리 크기에 따라 다릅니다.
플로팅 쉘프 충전 스테이션
몇 주 동안 배송되지 않은 배터리의 경우 배송될 때까지 배터리를 완전히 충전된 상태로 유지해야 합니다. 이러한 배터리의 경우 선반에서 대기할 때 세류 충전을 위한 두 가지 옵션이 있습니다. 여러 배터리를 직렬로 연결하고 40 ~ 100mA/100A 공칭 용량의 전류 밀도로 충전하거나 각 배터리를 개별적으로 충전하는 여러 개별 회로가 있을 수 있습니다. 이러한 모든 배터리는 위에서 설명한 대로 OCV를 약간 초과하여 부동 충전됩니다.
부동 충전 AGM VRLA 배터리
AGM 배터리 의 부동 충전은 기존의 충전 배터리 부동 충전과 다르지 않습니다. 그러나 두 종류에서 발생하는 부유물 장입 공정의 작동에는 몇 가지 차이점이 있습니다.
VRLA 배터리는 내부 저항이 낮기 때문에 충전 기간의 초기 부분에서 매우 잘 충전될 수 있습니다.
일정한 전위, 전압 조정 및 온도 보상 충전기는 VRLA 배터리에 가장 적합한 충전기입니다.
CP 부동 충전 전압은 일반적으로 셀당 2.25~2.30V입니다. 부동 충전 전류에는 제한이 없습니다. 그러나 VRLA 배터리에 대해 14.4~14.7의 CP 전압에서 부스트 충전의 경우 대부분의 제조업체(플러드 및 VRLA 유형 모두)에서 정격 용량의 30~40%인 초기 최대 전류를 암페어 단위로 규정합니다. 부동 전압 값에서 ± 1%, 부스트 충전 전압에서 ± 3%의 변동은 대부분의 제조업체에서 규정합니다.
[1. https://www.thebatteryshop.co.uk/ekmps/shops/thebatteryshop/resources/Other/tbs-np65-12i-datasheet.pdf 2. https://www.sbsbattery.com/media/pdf/Battery-STT12V100.pdf 3. https://eu.industrial.panasonic.com/sites/default/pidseu/files/downloads/files/id_vrla_handbook_e.pdf]
VRLA 배터리의 부동 수명에 대한 온도 영향
온도는 밸브 조절식 납축전지의 수명에 엄청난 영향을 미칩니다. 작동 온도가 10°C 상승할 때마다 기대 수명이 절반으로 줄어듭니다. 아래에 주어진 수치는 이 사실을 확인시켜줍니다. 20°C에서 부유물 수명은 Panasonic의 특정 제품에 대해 약 10년입니다. 그러나 30°C에서 수명은 약 5년입니다. 마찬가지로 40°C에서의 수명은 약 2년 6개월입니다.[Figure 10 in https://eu.industrial.panasonic.com/sites/default/pidseu/files/downloads/files/id_vrla_handbook_e.pdf] .
http://news.yuasa의 6페이지. co.uk/wp-content/uploads/2015/05/SWL-Shortform.pdf].
따라서 소비자가 새 배터리를 구매하려면 평균 주변 온도와 해당 온도에서의 수명을 고려해야 합니다. 배터리가 30~ 35oC 에서 5년 동안 지속되기를 원한다면 20oC 에서 10년 수명을 위해 설계된 배터리를 선택해야 합니다.
그림 1 Panasonic VR 제품의 다양한 온도에서의 부유물 수명
https://eu.industrial.panasonic.com/sites/default/pidseu/files/downloads/files/id_vrla_handbook_e.pdf
그림 2 유아사(영국) VR 제품의 온도에 따른 부유물 수명
http://news.yuasa.co.uk/wp-content/uploads/2015/05/SWL-Shortform.pdf
영국 표준 6240-4:1997은 20°C에서 40°C 사이의 온도에 대한 생명의 의존성을 제공합니다.
VRLA 배터리의 주기 수명
플로트 수명과 비교할 때 VR 배터리의 사이클 수명은 사이클당 사용되는 활성 물질의 양으로 인해 더 짧습니다. 플로트 작동에서 배터리는 전원 중단이 있는 경우에만 전원을 공급하도록 요청됩니다. 그러나 순환 모드에서는 배터리가 매번 필요한 방전 깊이( DO D)까지 방전되고 즉시 충전됩니다. 이 방전 후 충전을 “사이클”이라고 합니다. 사이클 수명은 사이클당 변환되는 재료의 양, 즉 DOD에 따라 달라집니다. 전환율이 낮을수록 수명이 높아집니다. 다음 표는 세 가지 DOD 수준에 대해 60% 및 80% 용량 수명 종료 DOD까지 Panasonic VRLA 제품의 수명을 보여줍니다.
표 2. Panasonic VRLA 제품의 대략적인 수명 주기는 25oC 의 주변 온도에서 3개의 DOD에 대해 60% 및 80% 수명 종료 DOD입니다. https://eu.industrial.panasonic.com/sites/default/pidseu/files/downloads/files/id_vrla_handbook_e.pdf 22페이지 그림 ]
|
DOD에서 수명이 다할 때까지 |
100% DOD에서의 수명 주기 |
50% DOD에서의 수명 주기 |
30% DOD에서의 수명 주기 |
|
수명 60% DOD |
300 |
550 |
1250 |
|
수명 80% DOD |
250 |
450 |
950 |
- 온도 및 부동 전류
표 3. 서로 다른 온도에서 세 가지 유형의 납산 셀에 대해 셀당 2.3V의 부동 전류
[ [씨앤디테크놀로지스 https://www. 씨디테크노. com/pdf/ref/41_2128_0212.pdf
그림 19, 22페이지]
|
|
온도, ° C |
대략적인 전류, Ah 20 당 mA |
|
범람된 칼슘 세포 |
25 |
0.25 |
|
30 |
0.35 |
|
|
40 |
0.6 |
|
|
50 |
0.9 |
|
|
60 |
1.4 |
|
|
젤화된 VR 세포 |
25 |
0.6 |
|
30 |
0.75 |
|
|
40 |
1.5 |
|
|
50 |
3 |
|
|
60 |
6 |
|
|
AGM VR 셀 |
25 |
1.5 |
|
30 |
2 |
|
|
40 |
3.5 |
|
|
50 |
8 |
|
|
60 |
15 |
- 플로트 작동에 대한 적합성 테스트 [ IEC 60896-21 및 22:2004 ]
IEC 는 플로트 작동을 위한 VR 셀의 적합성을 확인하기 위한 테스트 절차를 제공합니다. 셀 또는 배터리는 2.23에서 2.30VOLTS PER CELL의 일반적인 범위에서 제조업체가 지정해야 하는 V Float 의 부동 전압을 받아야 합니다. 각 셀 또는 모노블록 배터리의 초기 전압을 측정하고 기록해야 합니다. 3개월 후에 각 셀 또는 모노블록 배터리의 전압을 측정하고 기록해야 합니다. 6개월의 부유 운전 후, 전지 또는 모노블록은 용량 시험을 받아야 한다. 실제 방전 용량은 정격 용량 이상이어야 합니다.
- 셀 간 부동 전압 변동
고유한 프로세스 변수로 인해 개별 셀 또는 배터리의 전압은 부동 작동 전압 범위에서 변할 수밖에 없습니다. 활물질의 무게, 활물질의 다공성과 같은 판 내부 매개변수의 미세한 차이, 판 압축 및 AGM 압축의 차이, 전해질 부피의 변화 등은 이러한 변화를 유발합니다. 엄격한 품질 관리 단계(단위 작업의 재료 및 공정 제어 모두)에도 불구하고 VR 제품은 플로트 작동 중에 셀 전압의 “바이모달(bimodal)” 분포를 초래하는 셀 간 변동을 보여줍니다.
과도하게 범람된 전해질이 있는 기존 전지에서 두 개의 플레이트는 서로 독립적으로 충전됩니다. 산소 및 수소 가스는 황산 용액에서 확산 속도가 낮습니다. 충전 중에 방출된 가스는 플레이트와 상호 작용할 충분한 시간이 없기 때문에 셀을 나갑니다.
VRLA 세포에서 산소 순환 현상은 이 그림을 복잡하게 만듭니다. 범람된 세포의 경우와 마찬가지로 양극판에서 물 분해가 발생합니다. 그리드 부식도 발생합니다. 플로트 충전의 초기 단계에서 일부 산소 가스가 VR 셀에서 빠져나오지만(비결핍 상태로 인해), 가스 경로의 생성은 포화 수준이 초기 90%에서 더 낮은 수준으로 95%로 감소한 후에 발생합니다.
이제 양극판에서 일어난 물 분해의 역반응이 음극판에서 일어나기 시작합니다.
PP의 물 분해: 2H 2 O → 4H + + O 2 ↑ + 4e – … (1)
NP에 대한 O 2 환원(= O 2 재조합): O 2 + 4H + + 4e – → 2H 2 O + (열) ….. (2)
[2Pb + O 2 + 2H 2 SO 4 → 2PbSO 4 + 2H 2 O + 열] ………….. (3)
이상의 반응으로부터 다음과 같은 점을 지적할 수 있다.
- 최종 결과는 전기 에너지를 열로 변환하는 것으로 보입니다.
- 따라서 VR 배터리가 산소 사이클 단계에 들어가면 배터리가 따뜻해집니다.
- 산소 가스는 대기로 손실되지 않습니다
- NAM의 납은 황산 납으로 변환되어 NP의 잠재력이 더 긍정적이 됩니다. 이것은 수소 발생을 방지하는 결과를 가져올 것입니다.
- 감소된 NP 전압을 보상하기 위해 양극판은 더 양극이 되고 더 많은 산소 발생과 부식이 발생합니다(인가된 부동 전압이 변경되지 않도록). 이렇게 생성된 산소는 NP에서 감소될 것이며, 이는 추가로 분극을 경험하여 NP에 대해 더 많은 양의 전위를 초래합니다.
Berndt[D. Berndt, 5차 ERA 배터리 세미나 및 전시회, 영국 런던, 1988년 4월, 세션 1, 논문 4. 2. RF Nelson in Rand, DAJ; 모즐리, PT; 가르쉐. 제이 ; Parker, CD(Eds.) 밸브 조절식 납산 배터리, Elsevier, New York, 2004, 9장, 258페이지 et seq. ].
표 4. 플로트 충전: 통풍형 및 VRLA 배터리에 대한 플로트 전류, 열 방출 및 열 제거 비교
|
세부 |
침수된 세포 |
VR 셀 |
비고 |
|
셀당 부동 전압, 볼트 |
2.25 |
2.25 |
동일한 부동 전압 |
|
평형 부동 전류, mA/100Ah |
14 |
45 |
VR 배터리에서 약 3배 |
|
등가 에너지 입력, mW |
31.5mW(2.25VX 14mA). |
101.25mW(2.25VX 45mA). |
VR 배터리의 약 3배 |
|
가스 발생을 통해 제거된 열, mW |
20.72mW(1.48VX 14mA). (20.7/31.5 – 66%) |
5.9(1.48V x 4mA) (5.9/101.25 = 5.8% ) |
침수된 세포의 1/10 |
|
열 균형, mW |
31.5-20.72 = 10.78 |
101.25 – 5.9= 95.35 |
|
|
부동 충전 전류를 열로 변환, 백분율 |
10.8 |
95 |
VR 배터리로 약 9배 |
- 가스 발생 및 충전 전압
일반적으로 권장되는 부동 전압에서의 산소 순환 효율은 양극판에서 생성된 모든 산소를 음극판의 물로 재결합하므로 물 손실이 전혀 발생하지 않거나 무시할 수 있으며 수소 발생이 억제됩니다.
그러나 권장 전압이나 전류를 초과하면 가스가 발생하기 시작합니다. 즉, 산소의 생성은 가스를 재결합하는 전지의 능력을 초과합니다. 극단적 인 경우 수소와 산소가 모두 발생하고 더 많은 열 발생과 함께 수분 손실이 발생합니다.
표 5. 겔화 전해질 VR 셀의 다양한 부동 전압에서 가스 방출 및 부동 전류, 170Ah
[C&D Technologies www. cdtechno .com/pdf/ref/41_2128_0212.pdf
그림 17, 21페이지]
|
충전 전압, 볼트 |
대략적인 가스 생성, 분당 ml |
대략적인 가스 생성, 분당 Ah당 ml º |
대략적인 전류, 암페어 |
대략적인 전류, Ahº당 밀리암페어 |
|
< 2.35 |
무 |
무 |
— |
|
|
2.35 가스 주입 시작 |
— |
— |
0.4 |
2.35 |
|
2.4 |
1.5 |
0.0088 |
0.45 |
2.65 |
|
2.46 |
3.5 |
0.0206 |
0.6 |
3.53 |
|
2.51 |
10 |
0.0588 |
1.4 |
8.24 |
|
2.56 |
24 |
0.1412 |
3 |
17.65 |
º 계산된 값
- 충전 전압 및 전류
표 6. 겔화 배터리 및 AGM VRLA 배터리의 부동 전압 대 부동 전류
[C&D Technologies www. cdtechno.com /pdf/ref/41_2128_0212.pdf
그림 18, 22페이지]
|
부동 전압(볼트) |
전류, Ah당 mA |
|
|
젤화된 VR 배터리 |
AGM VR 배터리 |
|
|
2.20 |
0.005 |
0.02 |
|
2.225 |
3 |
9 |
|
2.25 |
6 |
15 |
|
2.275 |
9.5 |
22 |
|
2.30 |
12 |
29 |
|
2.325 |
15 |
39 |
|
2.35 |
25 |
46 |
|
2.375 |
30 |
53 |
|
2.40 |
38 |
62 |
|
2.425 |
45 |
70 |
|
2.45 |
52 |
79 |
표 7. 셀 플로트 충전당 2.3볼트에 대해 서로 다른 온도에서 플러딩된 칼슘, 겔화 및 AGM VRLA 배터리에 대한 플로트 전류
[C&D Technologies www. 씨디테크노. com/pdf/ref/41_2128_0212.pdf
그림 19, 22페이지]
|
셀 온도, ° C |
전류, Ah 20 당 mA |
||
|
침수된 칼슘 배터리 |
젤화된 VR 배터리 |
AGM VR 배터리 |
|
|
25 |
0.25 |
0.65 |
1.5 |
|
30 |
0.375 |
0.9 |
2 |
|
35 |
0.425 |
1.25 |
3 |
|
40 |
0.55 |
1.6 |
4.1 |
|
45 |
0.7 |
2 |
6 |
|
50 |
0.875 |
3.5 |
7.5 |
|
55 |
1.15 |
3.75 |
11.1 |
|
60 |
1.4 |
6 |
15 |
- 부동 전압, 작동 온도 및 수명
권장 부동 전압보다 높은 과충전은 배터리 수명을 크게 단축시킵니다. 이 차트는 젤 배터리 과충전이 수명에 미치는 영향을 보여줍니다.
표 8. 겔 셀의 퍼센트 사이클 수명 대 재충전 전압(충전을 위한 권장 전압 셀당 2.3~2.35V)
www. 이스트펜데카. com/assets/base/0139.pdf
|
재충전 전압 |
겔 세포의 퍼센트 주기 수명 |
|
추천 |
100 |
|
0.3V 이상 |
90 |
|
0.5 이상 |
80 |
|
0.7 더 |
40 |
론 D. 브로스트 [Ron D. Brost, Proc. 제13회 연례 배터리 회의 Applications and Advances, California Univ., Long Beach, 1998, pp. 25-29.] 는 12V에서 사이클링 결과를 보고했습니다.
30, 40 및 50oC에서 80% DOD로 VRLA(Delphi). 배터리는 용량을 결정하기 위해 25p C 에서 25주기마다 2시간에 100% 방전되었습니다. 결과는 30oC 에서 사이클 수명이 약 475인 반면, 숫자는 각각 약 40 및 50oC 에서 360 및 135로 감소한다는 것을 보여줍니다.
플로트 전압, 플로트 온도, 수명의 상관관계
그림 3. 플로트 전압 및 플로트 온도에 대한 플로트 수명의 의존성
[Malcolm Winter, 3 차 ERA 배터리 세미나, 1982년 1월 14일, 런던, (ERA 보고서 번호 81-102, pp. 3.3.1. 에게
- 플로트 충전 중 전해질 부피 및 온도 상승
충전 중 온도 상승은 범람된 셀에서 가장 적고 AGM VR 셀에서 가장 높습니다. 그 이유는 다른 유형의 전지가 가지고 있는 전해질의 부피에 있습니다. 다음 표는 이 사실을 보여줍니다. AGM 전지에 비해 전해질의 부피가 더 크기 때문에 겔 전지는 더 깊은 방전을 견딜 수 있습니다.
표 9. 배터리 유형 및 전해질의 상대 부피
sv-zanshin.com/r/manuals/sonnenschein _gel_handbook_part1.pdf]
|
침수된 세포, OPzS |
겔화 세포, Sonnenschein A600 세포 |
AGM 세포, 앱솔라이트 IIP |
겔화 세포, Sonnenschein A400 세포 |
AGM 세포, 마라톤 M, FT |
|
1 |
0.85 ~ 0.99 |
0.55 ~ 0.64 |
— |
— |
|
— |
1 |
0.61 ~ 0.68 |
1 |
0.56 ~ 0.73 |
|
— |
1.5 ~ 1.7 |
1 |
1.4 ~ 1.8 |
1 |
- 부동 충전에 대한 전압 확산
플로트 작동 VR 배터리 스트링의 전압 분포는 플로트 충전이 시작된 후 다양한 기간에 달라집니다. 초기에 세포가 굶주린 상태보다 더 많은 전해질을 가지고 있을 때, 세포는 더 높은 전압을 경험하고 좋은 재결합을 가진 세포는 더 낮은 전지 전압을 나타낼 것입니다(감소된 음의 판 전위로 인해). 더 높은 부피의 산을 가진 전지는 극성화된 음극판을 갖게 되어 수소 발생으로 이어지는 더 높은 전지 전압을 나타냅니다.
모든 개별 셀 전압의 합은 적용된 스트링 전압과 동일하지만 개별 셀 전압은 모두 동일하지 않습니다. 일부는 인가된 셀당 전압보다 더 높은 전압(비결핍 상태 및 수소 발생으로 인해)을 가지며 다른 일부는 더 낮은 전압(산소 순환으로 인해)을 갖습니다. 예
이 현상은 Nelson[1. RF Nelson in Rand, DAJ; 모즐리, PT; 가르쉐. 제이 ; Parker, CD(Eds.) 밸브 조절식 납산 배터리, Elsevier, New York, 2004, 9장, 266페이지 et seq . 2. RF Nelson, Proceedings of the 4th International Lead-Acid Battery Seminar, San Francisco, CA, USA, 1990년 4월 25-27일, pp. 31-60.].
표10. 48V/600Ah 어레이의 300Ah 각형 VR 셀에 대한 개별 셀 전압 확산 데이터는 셀당 2.28볼트로 플로팅되었습니다.
[Rand, DAJ에 있는 RF Nelson; 모즐리, PT; 가르쉐. 제이 ; Parker, CD(Eds.) 밸브 조절식 납산 배터리 , Elsevier, New York, 2004, 9장, 266페이지 et seq ]
|
원래 전압 |
30일의 부동 소수점 충전 후 |
78일의 부동 소수점 충전 후 |
After106일의 부동 소수점 요금 |
||||
|
전압 범위, V |
확산, mV |
전압 범위, V |
확산, mV |
전압 범위, v |
확산, mV |
전압 범위, V |
확산, mV |
|
2.23 ~ 2.31 |
80 |
2.21 ~ 2.37 |
160 |
2.14 ~ 2.42 |
280 |
2.15 ~ 2.40 |
250 |
일부 셀은 가스 공급 단계(2.42V)로 갈 수 있고 일부는 셀당 가해진 전압 2.28V보다 낮을 수 있음을 알 수 있습니다.
일부 저자는 셀 전압이 부동 작동 후 6개월 이내에 안정화되고 셀 전압의 변동이 평균값의 ±2.5% 이내가 될 것이라고 믿습니다. 이것은 2.3의 평균값에 대해
VOLTS PER CELL의 경우 변동은 2.24 – 2.36 범위에 있습니다(즉, 2.3V 작동의 경우 60mV 이하). [ Hans Tuphorn, J. Power Sources, 40 (1992) 47-61 ]
그림 4. 새로운 370V UPS의 셀 전압에 대한 셀의 변화 플로트 전압으로 충전된 배터리 플로트 = 2.23Vpc
[Hans Tuphorn, J. Power Sources, 40(1992) 47-61]
- 부동 충전 및 셀 전압 제어의 중요성:
부동 충전 기간 동안 셀 전압을 제어하는 것은 매우 중요합니다. 실험 48V/100Ah 통신용 VR 배터리에서 수행한 것이 이러한 사실을 보여줍니다.
셀은 0의 전류로 셀당 2.3V로 플로팅되었습니다 . 4 − 0 . 6mA/Ah 및 끝 온도
세포, 중앙 세포 및 주변이 동일함). 스트링의 부동 전압은 2.3V x 24셀 = 55.2V입니다.
표 11. 2.3V 통신 배터리의 부동 충전 48V, 100Ah 배터리, 전류 0 . 4 − 0 . 6mA/아
[매튜스, 케이; Papp, B, RF Nelson, in Power Sources 12 , Keily, T; Baxter, BW(ed) International Power Sources Symp. 위원회, Leatherhead, England, 1989, pp. 1 – 31.]
|
아니. 단락된 셀의 |
셀의 전압은 볼트로 상승합니다. |
부동 전류는 (Ah당 mA)로 증가합니다. |
셀 온도 상승, ° C |
상기 온도 상승 시간, 시간 |
비고 |
|
하나 |
2.4 (55.2 ÷ 23) |
2.5 |
1 |
24 |
온도 상승 없음 |
|
둘 |
2.51 (55.2 ÷ 22) |
11 |
5 |
24 |
최소 온도 상승 |
|
삼 |
2.63 (55.2 ÷ 21) |
50 |
12 |
24 |
열폭주 시작 |
|
4 |
2.76 (55.2 ÷ 20) |
180 |
22 |
1 |
열폭주 상태가 됩니다. H 2 S 가스 발생 |
위의 데이터는 1개 또는 2개의 셀이 단락되어도 열적 관점에서 재앙이 아님을 나타냅니다.
VR 셀이 가혹한 조건(예: > 60°C 및 높은 충전 전류 또는 셀당 2.4V보다 높은 부동 전압), H2S 또는 SO2 가스를 방출하지 않습니다. 이러한 가스가 발생하면 주변의 구리 및 황동 부품 및 기타 전자 부품이 오염되고 변색됩니다. 따라서 플로트에서 배터리의 셀 전압을 모니터링하는 것이 필수적입니다.
- 열폭주
높은 부동 전압과 부동 전류는 더 높은 셀 온도로 이어집니다. 따라서 통풍이 잘되는 배터리 유형은 필수입니다. VR 셀 내부에서 생성된 온도(산소 순환 및 기타 요인으로 인해)가 셀 시스템에서 발산되지 않으면 온도가 상승합니다. 이 상태가 장기간 지속되면 전해액의 건조 및 가스(O 2 , H 2 ) 발생으로 인한 온도 상승으로 인해 셀 용기가 파손되어 파열될 수 있습니다.
아래의 그림은 열폭주 현상의 결과에 대한 몇 가지 예를 보여줍니다.
그림 5. 열폭주 효과
[https://www. 시와. com/wp-content/uploads/2017/08/14.-VRLA-Battery-White-Paper-Final-1.pdf]
- 플로트 충전 전압 및 양극 판 부식 가속 계수
충전 전압은 온도만큼 VRLA 수명에 큰 영향을 미칩니다. 양극 그리드의 부식 속도는 플레이트가 유지되는 전위에 따라 다릅니다. 그림 [ 피얄리솜과
조 쉼보르스키, Proc. 제13회 배터리 컨퍼런스 응용 프로그램 및 발전, 1998년 1월, California State Univ., Long Beach, CA pp. 285-290] 은 그리드 부식률이 최적의 판 분극 수준(즉, 40~120mV)인 최소값 범위를 가짐을 보여줍니다. 이 플레이트 분극 레벨은 최적의 부동 전압 설정에 해당합니다. PPP(positive plate polarization) 수준이 최적 수준보다 낮거나 높으면 그리드 부식 속도가 급격히 증가합니다.
그림 6. 포지티브 그리드 부식 가속 대 포지티브 플레이트 분극
[Piyali Som 및 Joe Szymborski, Proc. 제13회 배터리 컨퍼런스 응용 프로그램 및 발전, 1월
1998, California State Univ., Long Beach, CA pp. 285-290]
- 플레이트 전위 및 분극
플로트 전압과 PPP(positive plate polarization) 사이의 관계는 매우 중요합니다. 그림 7 은 4가지 다른 온도 에서 다양한 부동 전압에 대한 PPP(positive plate polarization) 레벨의 예를 보여줍니다. 분극은 개방 회로 전압(OCV) 또는 평형 전위와의 편차입니다. 따라서 OCV가 2.14V(OCV는 배터리를 채우는 데 사용되는 산 밀도에 따라 다름(OCV = 비중 + 0.84V))인 납축전지를 2.21V의 전압으로 플로팅하면 2210- 2140 = 70mV. 최적의 플레이트 분극 수준은 40~120밀리볼트입니다. 권장 부동 전압은 셀당 2.30V입니다.
그림 7. 포지티브 플레이트 분극에 대한 부동 전압 효과의 예 [Piyali Som and Joe Szymborski, Proc. 13일 연간 배터리 회의 응용 프로그램 및 발전, 1998년 1월, California State Univ., Long Beach, CA pp. 285-290]
- 자동차 배터리를 충전하는 플로트
자동차 배터리(또는 자동차 스타터 배터리 또는 SLI) 배터리를 부동 충전하려면 전류 제한도 설정할 수 있는 정전위 충전기를 사용해야 합니다. 온보드 자동차 시스템은 수정된 정전위 충전 모드에서 자동차 배터리를 충전하도록 설계되었습니다. 이 모드에서는 배터리가 설정된 전압 제한을 초과하지 않으므로 안전합니다.
자동차 배터리를 완전히 충전하는 데 걸리는 시간은 충전 상태, 즉 배터리가 완전히 방전되었는지 반만 방전되었는지 또는 완전히 방전되어 몇 달 동안 충전 없이 방치되었는지에 따라 다릅니다.
충전기의 전류 정격(암페어 정격)과 배터리 용량에 따라 몇 시간 또는 24시간 이상이 소요됩니다.
예를 들어, 12V, 60Ah 용량의 자동차 배터리는 완전히 방전된 경우 충전기가 2~3A로 배터리를 충전할 수 있는 경우 25~30시간 내에 재충전할 수 있습니다.
Ah 용량을 모르는 경우 여러 가지 방법으로 용량을 알 수 있습니다.
- 배터리 라벨에서
- 딜러로부터 특정 자동차의 배터리 모델을 알 수 있습니다.
- 배터리에 표시된 경우 예비 용량(RC) 등급에서
- 배터리에 제공된 경우 CCA(콜드 크랭킹 암페어) 등급에서(RC 및 CCA 등급을 제공하는 인도 표준 또는 스타터 배터리 표준 참조. 예 IS 14257).
따라서 충전 시간을 조정할 수 있습니다.
배터리가 완전히 충전되면 항상 충전기에서 배터리를 분리하는 것이 좋습니다. 배터리가 완전히 충전되면 전압이 일정하게 유지됩니다. 또한 충전기의 전류계는 2~3시간 동안 0.2~0.4암페어 범위의 매우 낮은 전류를 표시합니다.
- 부동 충전 LiFePO 4 배터리
VR 배터리의 충전과 LiFePO 4 배터리는 다음과 같은 측면에서 유사합니다.
- 1단계: 둘 다 정전류(CC) 모드에서 충전 시작 가능(최대 80% 입력)
- 2단계: 설정 전압에 도달하면 CP 모드로 전환(완전 충전)
- 3단계: 세 번째 단계는 세류 충전입니다(VR 전지의 경우 선택 사항이고 두 전극에서 과충전 및 수반되는 유해한 반응의 위험으로 인해 LiFePO 4 전지의 경우 필요하지 않음).
두 배터리 유형의 첫 번째 단계의 차이점은 충전 전류입니다. LiFePO 4 전지의 경우 전류는 1C 암페어만큼 높을 수 있습니다. 그러나 VR 배터리의 경우 최대 0.4 CA를 권장합니다. 따라서 첫 번째 단계 지속 시간은 LiFePO 4 배터리의 경우 1시간 정도로 매우 짧습니다. 그러나 VR 배터리의 경우 이 단계는 0.4CA에서 2시간, 0.1CA에서 9시간이 걸립니다.
첫 번째 단계와 마찬가지로 두 번째 단계도 LiFePO 4 전지의 경우 시간이 더 적게 소요되지만(최소 15분) 4시간(0.4CA)에서 2시간(0.1CA)이 걸립니다.
따라서 전반적으로 LiFePO 4 전지는 약 3~4시간이 소요되는 반면 VR 전지는 6시간(0.4CA 및 2.45V CP 충전 시)에서 11시간(0.1CA 및 2.30V CP 충전 시)이 소요됩니다.
그림 8. 서로 다른 초기 전류에서 셀당 2.45V 및 2.3V에서 Panasonic VR 셀의 정전압 충전 [https://eu.industrial. panasonic.com/sites/default/pidseu/files/downloads/files/id_vrla_handbook_e.pdf]
노트:
시험 조건:
방전: 0.05 CA 정전류 방전(20시간 비율)
차단 전압: 셀당 1.75V
충전: 셀당 2.45V ——————
셀당 2.30V __________
온도: 20°C
그림 9. VRLA 배터리 충전 프로필
[https://www. 파워 소닉. com/blog/how-to-charge-lithium-iron-phosphate-lifepo4-batteries/]
그림 10. LiFePO 4 배터리 충전 프로필
[https://www. power-sonic.com/blog/how-to-charge-lithium-iron-phosphate -lifepo4-batteries/]
처음에 언급했듯이 LiFePO 4 전지에는 세류 충전 단계가 필요하지 않습니다. 몇 개월의 보관 기간 후에 VR 셀에 필요할 수 있습니다. 그러나 언제든지 사용이 예상되는 경우 VR 셀은 셀당 2.25~2.3V에서 세류 충전 상태가 될 수 있습니다.
LiFePO 4 전지는 100% SOC에서 보관해서는 안 되며 180일에서 365일까지 보관할 때마다 70% SOC까지 방전 및 충전하면 충분합니다.
충전 전압(예: 셀당 최대 4.2V)은 셀 화학, 셀 크기 및 제조업체에 따라 셀당 ± 25~50mV 이내로 제어해야 합니다. 셀 전압 한계에 도달할 때까지 1C 암페어의 전류가 처음에 적용됩니다. 그 후 CP 모드가 켜집니다. 최대 전압에 도달하면 전류는 셀의 임피던스에 따라 약 0.03C의 전류에서 충전이 종료될 때까지 일정한 속도로 떨어집니다. 1C 암페어의 초기 전류로 리튬 이온 전지는 2.5~3시간 내에 완전히 충전됩니다.
일부 제조업체는 초기 전류를 1.5C 암페어로 높이는 것을 허용합니다. 그러나 2.0C 암페어의 초기 전류는 일반적으로 제조업체에서 허용하지 않습니다. 더 높은 전류가 충전 시간을 눈에 띄게 감소시키지 않기 때문입니다. [Walter A. van Schalkwijk in Advances in Lithium-Ion Batteries, Walter A. van Schalkwijk and Bruno Scrosati (Eds.), Kluwer Academic, New York, 2002, Ch 15, page 463 et seq. ]
LiFePO 4 전지에 대해 매우 짧은 시간 재충전이 요구되지만 충전기의 전력량을 고려하면 이러한 충전기에 대한 투자가 매우 높을 것이라는 점에 유의해야 합니다.
실제적으로 100Ah 리튬 이온 배터리는 100A(1C 암페어)에서 충전할 수 있는 반면, 동등한 VR 배터리는 최대 40A(0.4C 암페어)에서 충전할 수 있습니다. Li 셀의 테일 엔드 전류는 이 배터리의 경우 3암페어이고 VR 배터리의 경우 충전 끝 부동 전류는 약 50mA입니다. 전체 충전 시간은 Li 셀과 VR 셀의 경우 3~4시간이며 약 10시간입니다.
Li 셀의 경우 세류 충전이 필요하지 않지만 VRLA 셀의 경우 3~4개월 후에 세류 충전이 필요할 수 있습니다. VR 전지는 100% SOC에서 보관할 수 있지만 리튬 전지는 100% SOC 미만에서 보관해야 합니다.
완전히 충전된 리튬 이온 전지는 더 이상 충전되지 않아야 합니다. 완전히 충전된 리튬 이온 배터리에 전류가 공급되면 배터리가 손상될 수 있습니다. 약간의 과충전은 허용될 수 있지만 배터리 관리 시스템(BMS)으로 보호되지 않으면 극한 상황에서 파열 및 발사로 이어질 수 있습니다.
자세한 내용은 https://battlebornbatteries.com/charging-battleborn-lifepo4-batteries/ 를 참조하십시오.
https://www.electronicsweekly.com/market-sectors/power/float-charging-lithium-ion-cells-2006-02/
그림 11. 표준 리튬 이온 충전 알고리즘의 충전 단계
[Walter A. van Schalkwijk in Advances in Lithium-Ion Batteries, Walter A. van Schalkwijk and Bruno Scrosati (Eds.), Kluwer Academic, New York, 2002, Ch 15, page 464]
- 플로트 충전 리튬 이온 배터리 – 플로트 전압 리튬 이온
리튬 이온 배터리에는 부동 충전이 필요하지 않습니다. 또한 완전히 충전된 상태로 보관해서는 안 됩니다. 장기간 보관이 예상되는 경우 6~12개월에 한 번 70% SOC까지 방전 및 충전할 수 있습니다.
플로트 충전 및 세류 충전
- 세류 충전과 부동 충전의 차이점은 무엇입니까?
세류 충전 은 충전을 보충하기 위한 유지 관리 비용입니다. 유지 보수 비용은 자체 방전에 대해서만 보상합니다. 배터리의 수명과 상태에 따라 전류밀도 40
~ 100mA/100Ah 공칭 용량은 유지 관리 충전(세류 충전) 중에 필요할 수 있습니다. 이러한 배터리는 방전될 때마다 재충전해야 합니다. 일단 배터리는 완전히 충전되면 충전기에서 분리해야 합니다. 그렇지 않으면 배터리가 손상됩니다.
부동 충전 은 지속적인 정전압 충전 이며 배터리는 항상 완전히 충전된 상태에서 필요한 전원을 공급할 준비가 되어 있습니다.
배터리를 얼마나 오래 부동 충전할 수 있습니까?
부동 충전 전압은 배터리의 자체 방전을 보상하고 배터리를 항상 완전히 충전된 상태로 유지하기에 충분히 높은 값으로 유지되지만 양극 그리드의 부식을 최소화할 수 있을 만큼 충분히 낮습니다. 충전 전류는 부하 프로파일에 크게 좌우됩니다. 전류는 부하 차단 후에 더 높아집니다. 이 모드에서는 배터리가 과충전되지 않습니다. 오랫동안 유휴 상태일 때 부동 전류는 100Ah 용량당 200~400mA입니다.
배터리는 충전기에서 분리되지 않습니다. 배터리는 충전기 버스를 가로질러 떠 있습니다.
- 부동 충전 전류를 계산하는 방법
플로트 충전기는 배터리 전압을 감지한 후 전류를 공급합니다. 따라서 부동 충전 전류를 계산할 필요가 없습니다. 단, 초기 돌입 전류를 최대 0.4C 암페어로 제한할 수 있습니다. 부동 충전은 정전위 충전기이므로 자동으로 전류를 필요한 수준으로 줄입니다. 오히려 배터리는 원하는 만큼만 받습니다. 일반적으로 모든 VR 배터리는 셀당 2.3V로 플로팅됩니다. 완전히 충전된 배터리는 100Ah 배터리 용량당 0.2~0.4A만 받습니다.
- 부스트 충전과 플로트 충전의 차이점
부스트 충전은 사용할 수 있는 다른 배터리가 없고 SOC가 충분하지 않은 상황에서 방전된 배터리를 비상시에 사용해야 하는 경우에 사용하는 비교적 고전류 충전 방식입니다.
비상이 작동합니다. 따라서 납축전지는 사용 가능한 시간과 배터리의 SOC에 따라 고전류로 충전할 수 있다. 요즘은 급속 충전기가 출시되면서 부스트 충전이 익숙합니다. 일반적으로 이러한 부스트 충전기는 100A에서 충전을 시작하여 80A로 테이퍼됩니다. 가장 중요한 것은 온도가 48-50 o C를 초과해서는 안된다는 것입니다.
플로트 전하는 VR 셀당 2.25~2.3V의 지속적인 일정한 전위 전하입니다. 부동 충전은 배터리가 필요할 때 언제든지 전원을 공급할 수 있도록 유지합니다. 배터리는 항상 이 수준으로 유지되며 전원 차단 후 충전기는 배터리가 완전히 충전될 때 100Ah 배터리 용량당 약 0.2~0.4A로 감소하는 고전류를 공급합니다.
- 충전을 흡수하고 충전을 플로트합니다.
그만큼 CC-CP(IU) 충전 모드에서 배터리가 대부분의 입력을 받을 때의 정전류 충전을 “대량 충전 단계 ” 및 전류가 테이퍼되는 동안의 정전 위 모드 전하를 “흡수 충전 단계 ” 및 이 CP 모드 충전 전압을 흡수 전압.
이 기사가 도움이 되었기를 바랍니다. 제안 사항이나 질문이 있으면 언제든지 저희에게 편지를 보내주십시오. 다른 언어 메뉴에서 힌디어로 된 부동 충전을 읽으십시오. 부동 충전 에 대한 자세한 내용은 링크를 참조하십시오.
