배터리 충전기 - 납축전지 충전
배터리는 활물질 내의 화학 에너지를 전기 에너지로 변환할 수 있는 전기화학 장치로 정의할 수 있습니다. 한 형태의 에너지를 다른 형태로 전환시키는 반응이 가역적이라면, 우리는 재충전 전지 또는 이차 전지 또는 저장 전지를 갖게 됩니다. 이러한 전지는 각 방전 후에 반복적으로 재충전되어 반응 방향을 역전시킬 수 있습니다. 배터리가 의도한 수명을 제공하려면 필요할 때마다 적절한 충전을 받아야 합니다.
비가역적인 반응을 보이는 세포를 1차 세포라고 합니다.
납산 배터리는 분리막이라고 하는 절연막으로 분리된 양극과 음극으로 구성됩니다. 묽은 황산 용액을 전해질로 사용합니다. 양극 활물질은 이산화납(PbO2)이고 음극 활물질은 납이다.
Battery Charger에 대해 자세히 알아보기 전에 몇 가지 배터리 관련 사항에 대해 간단히 이해할 필요가 있습니다.
암페어 는 전류의 단위입니다(전자의 지속적인 흐름으로 정의됨). 1쿨롱(또는 1암페어-초)이 1초에 한 지점을 지나갈 때 전류는 1암페어로 정의됩니다.
전압 은 전자가 전자 도체에서 흐르는 원동력으로 간주할 수 있으며 단위는 볼트입니다. 1암페어-초에 1줄의 에너지가 있을 때 1볼트의 전위차가 있다고 합니다.
이 두 용어는 건물의 오버헤드 물 탱크에 비유할 수 있습니다. 물 탱크의 높이가 높을수록 물이 흐르는 힘이 높아집니다. 마찬가지로, 탱크에서 사용자 지점까지 물을 운반하는 파이프의 직경이 클수록 사용자가 받는 물의 양이 더 많아집니다. 파이프에 흐르는 물은 물이 흐르는 속도에 비유할 수 있습니다.
암페어시(Ah) 는 전력량으로 전류와 시간의 곱입니다.
1Ah = 1A *1시간.
와트(W)는 전력 이며 전류와 볼트의 곱입니다. 더 높은 단위는 kW(= 1000W)입니다.
메가와트, MW(=1000kW) 및 기가와트, GW(10억 W(1,000,000,000와트).1 W = 1A * 1V= VA.
에너지(Wh) 는 단위 시간에 공급되는 전력량입니다. 더 높은 단위는 kWh(= 1000Wh)입니다.
메가와트시, MWh(= 1000kWh) 및 기가와트시, GWh(=(10억 Wh(1,000,000,000와트시)).
GW 단위는 대형 발전소의 출력을 나타내는 데 사용됩니다. GWh는 대형 전기 자동차(EV) 배터리 산업 및 대용량 배터리 저장 시스템의 생산 능력을 나타내는 데 사용됩니다. Wh = 1W* 1h = 1Wh
배터리 용어로 배터리는 전압이 12이고 용량이 Ah가 100인 경우 1200Wh(또는 1.2kWh)를 보유하고 있다고 말할 수 있습니다.
12V * 100Ah = 1200Wh 또는 1.2kWh.
전지의 단위 질량 이 공급하는 전력을 비전력 이라고 하며 단위는 kg당 W입니다.
비전력 r = W/kg 및 kW/kg.
마찬가지로 배터리의 단위 질량 이 공급하는 에너지를 비에너지 라고 하고 단위는 kg당 Wh입니다.
비 에너지 = Wh / kg 및 kWh / kg. (Wh kg-1로도 표기)
마찬가지로 배터리의 단위 부피 에 의해 공급되는 전력을 전력 밀도 라고 하며 단위는 리터당 W입니다.
전력 밀도 = W/리터 및 kW/리터.
배터리의 단위 부피 에 의해 공급되는 에너지를 에너지 밀도 라고 하며 단위는 리터당 Wh입니다.
1W = 초당 1J
에너지 밀도 = Wh/리터 및 kWh/리터. (WL -1 또는 W l -1 이라고도 함)
납축전지의 방전-충전 반응은 다음과 같다.
Pb(NP) + PbO 2 (PP) + 2H 2 SO 4 방전 ⇔ 충전 PbSO 4 (PP) + PbSO 4 (NP) + 2H 2 O (PP 부근)
참고: NP = 음극판= 방전 중 양극=방전 중 전자 공여체. PP = 양극판 = 방전 중 음극 = 방전 중 전자 수용체
충전하는 동안 전극의 역할이 바뀝니다. 양극은 음극으로, 그 반대도 마찬가지입니다. 전자 수용체는 이제 전자를 방출하고 공여자는 전자를 받습니다.
열역학적 자유 에너지 라는 용어는 시스템에서 추출할 수 있는 일의 척도입니다. 갈바니 전지의 경우 반응물 사이의 화학적 상호작용으로 인해 하전 입자의 이동을 통해 전기적 작업이 수행되어 결과물(생성물)이 생성됩니다.
따라서 에너지는 에너지 변환 과정에서 추출할 수 있는 화학 에너지의 최대량을 나타내는 Gibb 자유 에너지의 변화 인 Δ G 로 표시됩니다.
만약에 E 는 셀의 emf (기전력 또는 전압 또는 전위)와 발생하는 프로세스(즉, 납산 전지의 방전 ), n 한 전극에서 다른 전극으로의 반응물 몰당 패러데이( F ) , 셀에 의해 수행된 전기 일은 다음과 같이 주어집니다. nFE . 이에 상응하는 자유 에너지의 증가는 시스템에서 수행된 전기 작업과 같습니다. 따라서,
ΔG = nFE 또는
ΔG = -nFE 또는
-ΔG° = nFE°
(표준 조건에서, E°는 표준 전극 전위 또는 표준 셀 전압을 나타냄).
깁스 방정식
( 표준 조건은 무엇을 의미합니까? : 25°C 또는 섭씨(298.1°K 또는 Kelvin), 1 bar 압력 및 반응 종의 활성(대략 농도 값으로 간주할 수 있음) Pb 2+ , 하나)입니다.
이 방정식을 깁스 방정식이라고 합니다.
깁스 방정식 은 셀 전압을 자유 에너지(DG)의 변화에 연결합니다. 반응이 자발적으로 발생하면(예: 납산 전지의 방전 ) Δ G 는 음수(에너지가 방출됨)이고 emf는 양수입니다. 즉, nF의 전하는 전지 반응에서 가정된 방향으로 자발적으로 흐를 것입니다.
반면, ΔG 가 양수이면 시스템이 전기분해 현상을 수행할 수 있습니다(즉, 납축전지 충전 중 ).
세포의 EMF
전지의 기전력은 집중적인 열역학적 특성 , 즉 반응물의 질량과 전지의 크기와 무관합니다. 집중 속성( 광범위 속성 과 반대)은 반응물의 질량과 배터리 크기에 의존하지 않습니다. 재료가 몇 밀리그램이든 몇 킬로그램이든 관계없이 시스템은 동일한 전압을 표시하며 재료의 질량을 증가시켜도 전압을 높일 수 없습니다. 개별 전극 전위는 해당 전극 재료의 고유한 전기화학적 특성이며 유사한 조건에서 값을 변경할 수 없습니다.
집약적 특성의 예는 전극과 전지의 전압입니다. 반면에 광범위한 속성 은 질량, 부피, 에너지, 암페어시 및 와트시와 같은 물질의 양에 따라 다릅니다. 따라서 납산 전지에 있는 4.5g의 이산화납 활성 물질은 이론적으로 1Ah를 전달하지만 45g이 있다면 Ah의 10배를 전달합니다. 따라서 그것은 광범위한 재산입니다. bur 두 경우 모두 전극 전위는 1.69V로 동일합니다. 납 및 황산 활성 물질에 대해서도 유사한 주장이 제기될 수 있습니다.
표준 셀 전위(E°)는 위에 주어진 표준 자유 에너지 변화(DG°)와 관련이 있습니다.
납산 세포의 emf는 다음 식에서 결정할 수 있습니다.
생성물 의 ΣΔGº ƒ – 반응물의 ΣΔGº ƒ
여기서 ΔG° ƒ 는 반응 종의 형성에 대한 표준 자유 에너지를 나타냅니다.
형성의 표준 자유 에너지
1 번 테이블
표준 자유 형성 에너지, 세포 반응에 참여하는 화학 종의 ΔG° ƒ
( Hans Bode, Lead-Acid Batteries, John Wiley, New York, 1977, 부록 IV, p. 366. )
| 반응물/제품 | 수치(k cal mole−1 ) |
|---|---|
| PbO2 | -52.34 |
| 납 | 0 |
| H2SO4 | -177.34 |
| PbSO4 | -193.8 |
| H2O | -56.69 |
전체 반응은 다음과 같이 작성됩니다.
Pb + PbO 2 + 2H 2 SO 4 ⇄ 2PbSO 4 + 2H 2 O E° = 2.04 V.
ΔG° = 생성물 의 ΣΔGº ƒ – 반응물의 ΣΔGº ƒ
(예를 들어 [1. Hans Bode, Lead-Acid Batteries, John Wiley, New York, 1977, 부록 IV, p. 366 ] 에서 얻을 수 있는 표준 교과서에서 얻은 각 값을 대체합니다.
= [2( − 193 . 89) + 2( − 56 . 69)] − [0 − ( − 52 . 34) + 2( − 177 . 34)]
= – 94 . 14kcal 몰 – 1
= – 94 . 14 kcal mol – 1 × 4 . 184 kJ mole – 1 (kcal을 kJ로 변환하려면 4.184를 곱함)
= − 393 . 몰당 88kJ
E° = -ΔG°/nF
= − ( − 393 . 88 × 1000) / 2 × 96485
= 2 . 납산 전지의 경우 04V
납산 셀의 표준 셀 전압은 2.04V입니다.
납산 전지의 전체 또는 전체 전지 반응은 다음과 같이 작성됩니다.
Pb + PbO 2 + 2H 2 SO 4 방전⇔충전 PbSO 4 (PP) + PbSO 4 (NP) + 2H 2 O (PP 부근)
납산 전지의 충전 및 방전에 대해 자세히 알아보기 전에 전기 화학에서 사용되는 특정 용어에 대한 지식이 있어야 합니다.
우리는 이미 표준 조건 의 의미를 알고 있습니다.
우리가 세포 반응을 방해할 때(정방향이든 역방향이든), 우리는 세포가 평형 상태 가 아니라 방해된 상태 에 있다고 말합니다.
전기화학 시스템이 교란될 때마다 항상 표준 전위와 차이가 있습니다. 따라서 납산 셀이 방전 방향으로 강제되면 셀 전압은 전류의 크기에 따라 달라지는 특정 값만큼 감소합니다. 현재 값이 높을수록 표준 값과의 편차가 커집니다.
이제 셀 전압은
E 접시 = E° – δV.
E Disch 의 값은 E°의 값보다 낮습니다.
반대로, 셀이 역방향으로 강제되면(즉, 충전 모드), 셀 전압은 전류의 크기에 다시 의존하는 특정 값만큼 증가합니다.
E 채널 = E° + δV.
δV의 값은 과전압 또는 과전 위라고 하며 기호 η 로 표시됩니다.
δV의 값은 방전 반응의 경우 음수이고 충전 반응의 경우 양수입니다.
이와 같이 전지의 전압이 감소하거나 증가하는 현상 을 분극( polarization )이라고 하며 전극이 분극된 상태에 있다고 합니다.
따라서 방정식을 다음과 같이 다시 작성합니다.
E 접시 = E° – η.
E 채널 = E° + η.
따라서 방전 중에
전자 요리< E° 및
충전 중
E 채널> E°.
이러한 전압 편차의 원인은 무엇입니까?
이 편차에는 몇 가지 원인이 있습니다.
- 내부 저항으로 인한 손실(IR)(η ohmic )
- 프로세스 시작 동안 두 전극의 전하 이동으로 인한 활성화 분극 η t .
- 전해질 및 기타 참여 종(η c )의 고갈로 인한 농도 분극.
IR 분극으로 인한 손실은 전도성이 더 좋은 전극 집전체와 전해질을 사용하여 완화할 수 있습니다. 저항이 낮은 분리기도 도움이 됩니다.
활성화 분극은 전극의 상 경계를 가로지르는 전하 캐리어의 이동과 관련되며 이 과정을 이동 반응이라고 합니다. 두 전극의 전하 이동 반응으로 인한 전달 과전압은 호환 가능한 다공성 구조를 가짐으로써 배터리 전극에서 크게 감소할 수 있습니다. 후자는 반응에 사용할 수 있는 치수, 길이 및 너비를 곱하여 얻은 겉보기 표면적과 달리 실제 내부 표면적(기공, 균열 및 균열 영역을 포함하는 BET 표면적)을 증가시킵니다.
전류 밀도
이것은 차례로 전류 밀도 (즉, 제곱 cm당 암페어)를 줄입니다. 따라서, 40%의 총 기공률을 갖는 판은 50% 기공률을 갖는 판보다 활성화 분극으로 인한 더 높은 손실을 초래할 것입니다.
농도 편광(η c) 반응 생성물(납산 전지의 경우 황산납 및 물 분자)이 전극 표면에서 멀리 옮겨져 새로운 반응물(예: 전극과 황산염 이온 모두의 납 이온 납산 전지의 경우 전해질에서). ηc 는 방전 반응이 끝날 때 더 두드러집니다. 세포 내부에서 이온의 수송은 확산과 이동에 의해 이루어집니다.
확산은 농도의 차이로 인해 발생하는 반면 이동은 전기장의 힘에 의해 발생합니다.
확산은 대부분의 전해질 또는 분리막에서 발생할 수 있습니다. 한 전극에서 이온이 생성되고 다른 전극에서 소모되기 때문에 이온은 전극 사이를 이동해야 합니다.
또한 전기화학 반응이 진행됨에 따라 다공성 전극에서도 발생합니다. 반응 생성물은 확산에 의해 활성 물질 내에서 최종 위치로 이동할 수 있습니다.
이동에 의해 특정 이온 종(하전 입자)에 의해 운반되는 총 전류의 비율은 이동 수의 함수입니다. 이원 전해질에서 양이온과 음이온으로 해리된 전이 수는 방정식에 의해 관련됩니다.
ɩ C + ɩ A = 1,
여기서 ɩ C + ɩ A 는 양이온과 음이온의 수송 수를 나타냅니다.
전이 수는 이온 농도와 온도에 따라 달라집니다. 바이너리 염 용액에서는 거의 0.5에 가깝습니다. 따라서 두 이온 종은 이온 전도도가 동등하게 공유됩니다.
강산과 알칼리에서는 양성자(H + )와 하이드록실 이온(OH – )의 이온 이동도가 높기 때문에 상당한 편차가 발생합니다. 배터리 전해질 황산(H + 및 HSO 2- 4 로 해리됨) 및 수산화칼륨(K + 및 OH – 로 해리됨)에 대한 값은 아래에 나와 있습니다. 4
ㅇ H + = 0 . 9; ɩHSO4 2- = 0 . 1; ι K + = 0 . 22; ㅇ OH- = 0 . 78
전이 수는 특정 이온의 농도가 전류 흐름으로 인한 마이그레이션에 의해 영향을 받는 정도를 측정한 것입니다. 값이 작을수록 마이그레이션 프로세스에 미치는 영향이 작고 값이 높을수록 마이그레이션 프로세스에 미치는 영향이 커집니다.
2. D. Berndt, 배터리 기술 핸드북, Ed. HA Kiehne, Second Edition, 2003, Marcel Dekker, Inc., New York, 표 1.2.
3. JS 뉴먼. 전기화학 시스템. Englewood 절벽: Prentice-Hall, 1991, p 255.
4. SU 포크, AJ Salkind. 알카라인 저장 배터리. 뉴욕: John Wiley & Sons, 1969, p 598
이를 명확히 하기 위해 방전 반응이 어떻게 진행되고 있는지 이해해야 합니다. 배터리 단자가 소비 장치에 연결되자마자 전자는 외부 회로를 통해 음극판에서 양극 단자로 흐르기 시작합니다. 전지 내부에서 전류 흐름을 처리하는 것은 하전 입자의 의무입니다. 하전 입자는 양성자(H + )와 황산염 이온(HSO 4 )입니다.
방전하는 동안 음의 HSO4 이온(이 경우 H + 및 HSO4로 해리되는 전해질 황산의 중황산염 이온)이 음판 쪽으로 이동합니다. 이러한 음이온은 활성 물질인 Pb와 결합하여 황산 납인 PbSO4를 생성합니다. 반응은 또한 멀리 이동하는 양성자라고 하는 양전하를 띤 수소 이온을 생성합니다. 납 활물질의 양극 반응의 결과로 방출된 두 개의 전자는 외부 회로를 통해 양극 단자에 도달합니다.
네거티브 플레이트 또는 네거티브 반쪽 셀 반응: Pb + HSO¯4 ⇄ Pb 2+ + SO4 2- +H + + 2e – E°= -0.35 V
2가 납 이온과 황산염 이온은 즉시 결합하여 황산 납을 형성하고 음극판에 황산 납으로 침착됩니다.
지금까지 우리는 네거티브 플레이트 반응의 그림을 보았습니다.
이제 양극판에서 동시에 어떤 일이 일어나는지 봅시다.
음극판의 전자는 양극 단자에 도달한 후 양극 활성 물질인 PbO 2 와 반응하여 황산 납과 두 개의 물 분자를 형성합니다.
포지티브 플레이트 또는 포지티브 하프 셀 반응: PbO 2 + 3H + + HSO 4 + 2e – ⇄ Pb 2+ + SO 4 2- + 2H 2 O E° = 1.69 V
2가 납 이온(Pb 2+ )과 황산염 이온( )은 즉시 결합하여 황산 납을 형성하고 황산 납으로 양극판에 증착됩니다.
용해-증착 또는 용해-침전 메커니즘
납과 이산화납이 납 이온으로 용해되어 각 전극에 즉시 황산납으로 석출되는 이러한 유형의 반응은 용해-증착 또는 용해-침전 메커니즘을 통해 발생합니다.
이제 두 개의 반쪽 세포 반응을 결합하여
네거티브 플레이트 또는 네거티브 반쪽 전지 반응: Pb + HSO¯4 ⇄ Pb 2+ + SO4 2- +H + + 2e –
포지티브 플레이트 또는 포지티브 반쪽 셀 반응: PbO 2 + 3H + + HSO 4 + 2e – ⇄ Pb 2+ + SO4 2- + 2H 2 O
전체 또는 전체 반응: Pb + PbO 2 + 2H 2 SO 4 방전⇔충전 2PbSO 4 + 2H 2 O
이 반응 이론은 1881년 Gladstone과 Tribe에 의해 제안되었지만 납산 전지는 1859년 프랑스 물리학자 Raymond Gaston Planté에 의해 발명되었습니다.
JH Gladstone 및 A. Tribe, Planté and Fauré Accumulators의 화학, Nature , 25 (1881) 221 & 461.
JH Gladstone 및 A. Tribe, Planté and Fauré Accumulators의 화학, Nature, 26 (1882) 251, 342 & 602; 27 (1883) 583
방전 반응은 활성 물질의 약 절반이 20시간 또는 10시간 속도와 같은 느린 방전 속도를 위해 황산 납으로 전환될 때까지 진행됩니다. 이때까지 활성 물질의 저항은 추가 방전으로 인해 전지 전압이 매우 빠르게 강하하는 값으로 증가했을 것입니다. 일반적으로 셀 전압은 셀당 1.75V 미만으로 내려가는 것이 허용되지 않습니다.
80% 방전 깊이(DOD)를 초과하는 심방전은 후속 재충전을 더 어렵게 만듭니다.
납은 방전 반응 중 납 이온으로 용해되자마자 황산염 이온과 결합하여 음극판에 석출됩니다. 납 이온 또는 납 황산염 분자는 음극판에서 멀리 떨어지지 않습니다. 이것은 묽은 황산 용액에서 황산 납의 용해도가 매우 낮기 때문입니다. 리터당 1mg 이상이며, 전해질 농도가 높은 곳에서 황산납에 대한 2가 납 이온의 침착이 더 빠를 것입니다. 방전이 더 진행됨에 따라 전해질에서 황산납의 용해도는 리터당 4mg까지 증가합니다.
이것은 산이 추가 배출로 인해 더 묽어지고 이러한 묽은 산에서 황산 납의 용해도가 리터당 최대 4mg으로 더 높기 때문입니다..
이렇게 증착된 황산 납은 표면과 균열 및 틈에서 다양한 크기의 결정으로 계속 성장할 것입니다. . 영화는 구조상 불연속적일 것이다. 느린 방전 과정에서 이러한 불연속적인 형태의 황산납 구조는 이온의 용이한 진입을 용이하게 하는 개방형 구조를 제공하여 활물질 내부가 반응에 참여하도록 돕습니다. 따라서 방전 과정은 플레이트 내부 깊숙이 진행될 수 있습니다.
반대로 높은 방전율에서는 방전 생성물인 PbSO 4 에 의해 표면이 막혀 끊어지지 않고 연속적인 구조를 형성한다. 따라서 플레이트 내부의 추가 반응이 방해를 받기 때문에 더 높은 방전율에서 예상 용량을 얻을 수 없습니다.
납산 배터리 충전
충전 반응 중에는 역현상이 일어나 전류의 흐름이 역전되어 산화작용이 일어난다.
양극에 놓고 음극에 환원.
표 2
충방전 시 두 전극의 특성
| 전극 | 방전 | 충전 중 |
|---|---|---|
| 네거티브 플레이트 | 다공성(스폰지) 납 양극 2개의 전자를 포기한다 Pb -2e- → Pb2+ 전압이 감소합니다(덜 양수가 됨). PbSO4로 변환 | ~ 40% Pb + ~60% PbSO4 음극 2개의 전자를 흡수 PbSO4의 Pb2+는 2개의 전자를 차지합니다. 전압 감소(더 음이 됨) Pb 금속으로 회수 과충전 중 H2 진화 |
| 포지티브 플레이트 | 다공성 이산화납 음극 2개의 전자를 흡수 Pb4+(PbO2에서) + 2e- → Pb2+ 전압이 감소합니다(덜 양수가 됨). PbSO4로 변환 | ~ 50% PbO2 + ~50% PbSO4 양극 2개의 전자를 방출 PbSO4의 Pb2+는 PbO2가 됩니다. PbO2로 재전환 전압 증가 과충전 중 O2 발생 |
그림 1
충방전 반응 중 납산 전지의 전위 값 변경
셀 전압은 갈바니 셀 기능의 모든 단계에서 두 값의 조합입니다.
따라서
셀 전압 = 양극 전위 – 음극 전위
그러므로
납산 셀의 개방 회로 전압 또는 평형 전압 = 1.69 – (-0.35) = 2.04V
방전이 끝날 때 또는 그 근처에서 셀 전압 EDisch = 1.50 – (- 0.20) = 1.70V
충전이 끝날 때 또는 그 근처에서 셀 전압 ECh = 2.05 – (-0.65) = 2.70V
배터리 충전기 - 충전 계수
충전식 배터리는 이전 방전에서 사용한 Ah 용량을 되찾기 위해 충전해야 합니다.
배터리를 이전의 완전 충전 상태로 만드는 데 필요한 Ah의 양은 이전 출력과 비교하여 10~15% 더 많습니다. 이 전하 입력 대 이전 출력의 비율을 전하 계수라고 합니다.
전하 계수 = 입력 Ah / 이전 출력 Ah = ~ 1.1 ~ 1.2.
즉, 물 분해 과충전 반응과 그리드 부식 반응으로 구성되는 2차 반응을 보상하기 위해 10~20% 정도의 추가 Ah를 투입해야 한다. 또한 내부 저항으로 인해 작은 부품이 손실됩니다.
배터리 충전기 - 납축전지의 충전 효율
암페어 시간 효율
( 암페어시 또는 쿨롱 효율 및 에너지 또는 와트시 효율 )
위의 논거에서 우리는 “충전 효율”이라는 것을 정의해야 함을 알 수 있습니다.
암페어 시간 효율
인도 표준 IS 1651은 테스트 절차를 다음과 같이 설명합니다.
- 완전히 충전된 배터리는 셀당 1.85볼트의 최종 전압까지 10시간 속도로 방전되어야 합니다.
- 정확한 Ah 출력이 계산되어야 합니다.
- 배터리는 이제 동일한 전류에서 동일한 암페어 시간으로 재충전됩니다.
- 이제 배터리는 이전과 같이 2차 방전됩니다.
- Ah(쿨롱) 효율= η Ah = 2차 방전 시 전달되는 Ah / Ah 입력.
에너지 또는 전력량 효율성
전력량 효율은 위와 같이 구한 전류량 효율에 평균 방전 전압과 재충전 전압의 비율을 곱하여 계산한다.
에너지 또는 전력량 효율 = η Wh = η Ah * (평균 방전 전압 / 평균 충전 전압)
동일한 속도로 이전 방전의 100%와 동일한 입력의 경우 납축전지의 충전 암페어시(또는 쿨롱) 효율 은 거의 95%이고 에너지 또는 와트시 효율 은 약 85 -90%. 인도 표준(IS 1651)은 또한 90%의 최소 암페어시 효율과 75%의 최소 전력시 효율을 지정합니다.
충전 효율은 음극이 아닌 양극에 의해 제한됩니다. 양극에 있는 황산납의 약 3/4이 다시 이산화납으로 전환되고 물이 내부 판 다공성 구조로 충분히 빠르게 확산되지 않을 때 산소 발생과 같은 2차 반응이 발생합니다. 일정 시간 동안 충전 전류는 PbSO4를 PbO2로 변환하는 1 차 과정과 2 차 과충전 반응 사이에 분배됩니다. 충전이 충분히 오랜 시간 동안 계속되어 거의 모든 황산납이 이산화납으로 전환되었을 수 있을 정도로 충전이 계속된다면 모든 충전 전류는 2차 반응에 사용됩니다.
배터리 충전기의 충전 전압
앞서 설명했듯이
E 채널> E°.
따라서 이 반응을 용이하게 하기 위해 조금 더 높은 전압을 공급해야 합니다. 일반적으로 좋은 충전기는 충전을 위해 충분히 더 높은 전압 소스로 설계됩니다. 2V 셀의 경우 셀당 2.7V의 전압에 도달하여 셀이 완전히 충전될 수 있도록 최소 3V를 제공해야 하는 것이 좋습니다. 그러나 케이블 등의 손실을 고려해야 합니다.
따라서 12V 배터리의 경우 배터리 충전기는 최소 18~20V를 제공해야 합니다.
이 전압이 15V 미만으로 감소하면 배터리가 완전히 충전된 상태에 도달할 수 없습니다.
재충전 중: 2PbSO 4 + 2H 2 O → PbO 2 + Pb + 2H 2 SO 4
두 전극의 황산납은 납 이온으로 용해되어 음극판에는 납으로, 양극에는 PbO2로 즉시 침전됩니다.
포지티브 플레이트에서
PbSO 4 + 2H 2 O → PbO 2 + 4H + +SO 4 ²- + 2e –
전자는 추가 반응을 위해 음극판으로 이동합니다.
네거티브 플레이트에서
PbSO 4 + 2e – → Pb +SO 4 ²-
황산염 이온은 양쪽 판에서 재생되기 때문에 양성자와 결합하여 황산을 형성하므로 전해질의 비중이 증가합니다.
배터리 가스 발생
지금까지 우리는 충전 과정에서 유용한 반응만을 보았습니다. 그러나 과충전 기간에 발생하는 일부 부반응이나 2차 반응이 있습니다. 두 가지 주요 2차 또는 부반응은 다음과 같습니다.
- 물의 전기분해와
- 포지티브 그리드의 부식
이러한 반응은 다음과 같이 나타낼 수 있습니다.
물 전기분해
2H 2 O → O 2 ↑ + 2H 2 ↑ (과도한 침수 , 전해질 납축전지의 양쪽 판에)
양극판의 산소와 음극판의 수소는 방출되어 배출 플러그 구멍을 통해 대기로 배출됩니다.
그러나 밸브 조절형 납축전지(VRLA) 전지에서 산소는 진화하지만 수소는 진화하지 않습니다. 이렇게 방출된 산소도 배출되지 않고 흡수성 유리 매트(AGM) 분리기에서 사용 가능한 공극을 통해 확산되고 음의 활성 물질과 반응하여 물 분자를 재생합니다. 이것은 VRLA 세포가 물을 보충하지 않고 번성할 수 있도록 하는 단계입니다.
2H 2 O → O 2 + 4H+ + 4e – 굶주린 전해질 또는 VRLA 전지의 양극판
납축전지의 양극 그리드 부식
두 가지 유형의 납산 셀에서 양극 그리드 부식이 같은 방식으로 발생합니다.
그리드 부식: Pb + 2H 2 O → PbO 2 + 4H + + 4e –
백금 도금된 백금 전극을 음극으로 만들면 수소가 거의 가역적으로 방출됩니다.
용액의 수소 전위. 다른 전극(예: 납)의 경우 더 많은 음전위가 필요합니다.
이 반응이 일어나려면.
셀 전압이 2.3V 값에 도달할 때까지 무시할 수 있는 가스 발생이 있습니다. 그러나 가스 공급은 셀당 2.4V에서 시작됩니다. 2.4V를 초과하면 가스 발생이 더 많아지므로 충전 효율이 감소합니다. 2.5V에서 가스가 많이 발생하고 배터리 전해질의 온도가 상승하기 시작합니다. 이제 전해질의 교반을 제공하기에 충분한 가스가 발생하고 비중이 균등해지기 시작합니다. 배터리가 유휴 상태일 때 전해질의 비중은 상단보다 하단에서 약간 더 높습니다. 세포가 더 크면 악화됩니다.
납산 배터리는 터미널에서 과도한 가스 발생, 고온 및 매우 높은 전압으로 이어지지 않는 속도로 충전할 수 있습니다. 완전히 방전된 배터리는 가스 발생 및 전압 및 온도의 눈에 띄는 상승 없이 충전 시작 시 높은 충전 속도를 흡수할 수 있습니다.
충전 과정 중 거의 모든 황산납이 양극에서 이산화납으로 전환되면 2차 반응이 우세합니다. 이것은 앞에서 주어진 물 전기분해 반응과 양의 그리드 부식입니다.
이러한 양의 그리드 부식은 첫 번째 충전부터 형성 단계(또는 항아리 형성의 경우)에서 바로 시작됩니다. 이 부식은 납산 배터리의 수명에 가장 해로운 측면입니다. 셀이 과충전 영역에 들어갈 때마다 양극 그리드의 부식이 발생하기 때문에 그리드 구조의 일부가 이산화납으로 변환되어 각 부식 기간마다 그리드의 무게가 약간 줄어 듭니다. 궁극적으로 연속 그리드 구조의 가용성이 없기 때문에 그리드의 반응 사이트에서 전자가 버스바로 이동할 수 없는 단계에 도달합니다.
그 결과 활물질의 일부가 에너지 생산 과정에 참여하지 못하고 용량이 감소하여 배터리 수명이 다하게 됩니다.
납산 전지 제조업체는 납 합금의 내식성을 높이는 합금 원소를 포함하여 이 문제를 완화하려고 합니다. 이러한 합금 성분 중 일부는 비소(As) 및 은(Ag)의 비율입니다. 일반적으로 양극 합금에서 As의 양은 약 0.2%이고 Ag는 약 0.03~0.05%입니다.
배터리 충전기 - 현재 수용 의미
현재 수용은 셀의 설계에 의해 결정됩니다. 예를 들어, 더 많은 수의 플레이트로 조립된 유사한 Ah 배터리(즉, 플레이트가 더 얇음)는 향상된 표면적 때문에 더 높은 충전 전류를 수용할 수 있습니다. 개별 플레이트의 전하 효율을 측정하는 자세한 절차는 K. Peters의 기사를 참조하십시오.. [8]
음극판의 전하 수용도는 양극판의 전하 수용도보다 크며(그림 1 참조), 이는 주로 플레이트 내부로의 산 확산을 쉽게 허용하는 더 거칠고 더 개방된 기공 구조로 인해 발생합니다. 포지티브는 여러 설계 요소에 따라 70-80% SOC에서 과충전되기 시작합니다. 일부 내부 매개변수 설계 요소는 기공 구조, 실제 표면적 등입니다. 다른 외부 매개변수는 암페어 단위의 충전 전류, 전해질 온도 등입니다.
음극판의 전하 수용도는 더 높고 비교적 후기인 90% SOC에서 과충전 영역으로 들어간다 [8. K. Peters, AI Harrison, WH Durant, Power Sources 2. 비기계적 전기화학 전원의 연구 및 개발, Pergamon Press, New York, USA, 1970, pp. 1–16.]
[9. 이다 Hardman, Journal of Power Sources Vol. 23, 1988년, 페이지, 128].
그러나 어느 시점에서 2차 반응은 음극에서 시작되며, 주로 단순 전자 전달에 의해 수소 이온(양성자)이 수소 기체로 환원됩니다(음극판 가역 전위인 -350mV보다 훨씬 낮은 전위에서 발생, E° 값.), 약 -0.6 ~ 0.95V에서:
2H + + 2e – → H 2 ↑
이러한 네거티브 플레이트에 축적되는 중요한 불순물 중 하나는 안티몬(Sb)인데, 이는 그리드에 상대적으로 많은 양의 안티몬을 함유한 세포에서 안티몬-마이그레이션(antimony-migration)이라는 현상으로 인해 침착된다. 안티몬은 대부분의 납산 전지에 대한 그리드 합금의 필수 구성 요소이지만 전지의 성능에 부정적인 영향을 미칩니다.
충전의 부식 단계(각 주기의 충전이 끝날 때까지) 동안 양극 그리드는 양극 공격을 받고 안티몬은 Sb 5+ 이온으로 용액으로 전달되며 그 일부는 양극 활성 물질에 흡수되어 촉진됩니다. 국소 세포 형성으로 인한 자기 방전. 이렇게 용해된 나머지 안티몬은 음극 표면(음극판 표면)에 Sb 3+ 로 침착되고 (“안티몬 이동” ) 납보다 낮은 수소 전위로 인해 수소의 조기 발생을 유발합니다. 나중에, 다량의 가스 발생 기간 동안 안티몬은 유리한 조건에서 양성자와 결합할 때 스티빈 가스(SbH 3 )로 어느 정도 방출될 수 있습니다.
유리한 조건에서 비소(As)와 유사한 반응이 일어나 유독 가스인 아르신(AsH 3 )을 방출할 수도 있습니다. 따라서, 이 합금 성분은 잠수함과 같이 폐쇄된 환경에서 전지가 사용되는 곳에서 자연적으로 회피됩니다.
열역학적으로는 1차 충전 반응보다 낮은 전위에서 발생하지만 양극에서의 산소 발생과 마찬가지로 리드 전극에서의 수소 발생에 대한 과전위가 상대적으로 커서(약 -0.650V) 수소 진화가 완전히 시작됩니다.
이러한 가스는 배출 플러그 구멍을 통해 전지에서 배출됩니다. 두 플레이트 모두 과전위에 대한 불순물 영향의 영향을 받으므로 두 플레이트의 완벽하게 효율적인 재충전이 불가능합니다. 예를 들어, 산소 발생 반응 전위와 수소 발생 반응 전위를 결합하면
1.95 + (-0.95) = 2.9V(풍부한 가스 발생).
주목해야 할 또 다른 점은 기본 법칙에 따라 물은 1.23V에서 분해되어야 하고 산소는 이 전위에서 양극에서 발생해야 한다는 것입니다. 그러나 실제 세포에서는 그렇지 않습니다. 그렇게 되면 납축전지 자체의 안정성이 문제가 된다. 표준 양극 판 전위(E° = 1.69V)는 물이 분해되어야 하는 전압(1.23V)보다 약 0.46V 높습니다. 그 이유는 다시 과전압입니다. 즉, 황산 용액에서 이산화납의 산소 발생 전압은 1.95V에서 양극판의 E° 값보다 훨씬 높습니다.
따라서 황산 용액에서 이산화납에 대한 산소 발생 반응은 억제되어 양극판의 E° 값보다 0.26V(1.95-1.69 = 0.26) 높고 물 분해 전위(1.95-1.23 = 0.72V)보다 약 0.72V 높으며 따라서 산소는 엄격하게 순수한 용액에서 과전압 값에 도달할 때까지 발생하지 않습니다.
유사하게, 황산 용액에서 납에 대한 수소의 발생은 납에 대한 수소 과전위 때문에 강하게 억제됩니다. 이 과전위 값은 약 0.6V 더 음이고 황산 용액에서 납의 표준 전극 전위 E° = -0.35V보다 낮습니다. 따라서 수소 발생 반응은 전극 값이 엄격하게 순수한 용액에서 -0.95V에 도달할 때까지 음극판의 완전 충전을 방해하지 않습니다. 이것이 음극판이 양극판보다 전하 효율이 더 좋은 이유입니다.
그러나 실제 셀에서 이 단계는 이 전압보다 훨씬 이전에 도달합니다. 사실, 이 2.9V는 실제 전지에서 전혀 실현되지 않습니다. 왜냐하면 불순물로 인한 반응이 우세하고 부피에 따른 전체 가스 방출(H 2 : O 2 = 2:1)은 약 2.6V에서 달성됩니다. 그러나 인가된 충전 전압이 과도하게 높으면 2.9V의 값에 도달할 수 있습니다. 특히 Sb-free 합금 배터리는 2.8V의 값을 얻을 수 있으며 안티몬 셀 값은 0,2V, 즉 2.6V만큼 낮아집니다.
사이클링이 더 진행됨에 따라 안티몬 전지의 경우 가스 발생 값이 매우 감소하는 반면 다른 전지는 이 효과가 거의 없습니다. 이러한 급격한 감소는 앞서 설명한 “안티몬 마이그레이션”이라는 현상 때문입니다.
당연히 새 배터리와 순환 배터리의 전압 차이는 250mV에서 400mV로 증가합니다. 이것은 활물질이 전하를 받아들이지 못하게 하고 거의 모든 전류가 수소와 산소를 발생시킨다. 그림 3은 이러한 측면을 보여줍니다. [10. Hans Tuphorn, 17장, 배터리 기술 핸드북, Ed.의 그림 17.2. HA Kiehne, 제2판, 2003, Marcel Dekker, Inc., 뉴욕.]
12v 배터리 충전기는 어떻게 작동합니까?
배터리 충전을 위해 양극 출력 리드는 배터리의 양극 단자에 연결되고 음극은 음극 단자에 연결됩니다. 그런 다음 충전기는 적절한 방법을 통해 AC 주 전원에 연결됩니다.
AC 입력은 필요한 전압으로 변환하는 강압 변압기가 있는 정류기 회로에 의해 DC로 변환됩니다. 정류기는 양방향 교류 전류(AC)를 단방향 흐름으로 변환합니다. 따라서 부하 전반에 걸쳐 일정한 극성을 유지합니다. 브리지 정류기 구성은 강압된 저전압 AC를 DC로 정류하는 데 사용되며 고가의 전해 커패시터(필터링 회로)에 의해 더욱 평활화됩니다.
이 필터링된 DC는 전압을 일정한 수준으로 조절하는 전자 회로에 공급되어 충전이 필요한 배터리에 인가되며,
충전기에는 전류(전류계), 전압(전압계)에 대한 표시기가 있으며 특수한 경우에는 타이머와 암페어시 미터도 있습니다.
배터리는 제조업체의 지침에 따라 충전됩니다.
배터리 충전 절차 - 배터리 충전기
충전이 필요한 배터리는 외부를 철저히 청소해야 하며 부식 생성물이 있는 경우 단자를 제거한 후 흰색 바셀린을 얇게 코팅해야 합니다. 전해질 수준도 확인됩니다. 레벨이 분리기의 높이보다 낮지 않는 한 이 때 보충할 필요가 없습니다.
배터리 충전용 충전기는 전압 및 전류 출력과 같은 적절한 사양을 갖추어야 합니다. 예를 들어, 12V 배터리는 최소 18V의 출력 C 전압이 필요합니다. 필요한 전류는 배터리 용량과 배터리를 충전해야 하는 시간에 따라 다릅니다. 일반적으로 배터리는 배터리 Ah 용량의 1/10 암페어로 충전됩니다. 따라서 100ah 배터리는 정상적인 충전을 위해 최소 10암페어의 출력이 필요합니다. 빠르게 충전하려면 15A 출력이 필요합니다.
완전히 방전된 배터리에는 용량의 약 110% 입력이 필요합니다. 그러나 배터리가 이미 부분적으로 충전된 경우 SOC를 알아야 합니다. 그것이 무엇이든 전압과 비중은 충전 상태를 결정하기 위해 모니터링해야 하는 두 가지 중요한 매개변수입니다. 비중 값은 배터리의 라벨에서 읽어야 합니다. 완전히 충전된 배터리는 상태가 양호한 경우 일반적으로 16.5V 이상에 도달합니다. 오래된 배터리라면 이 전압에 쉽게 도달할 수 없습니다.
이는 주로 전해질에서 물의 전기분해로 인한 가스 발생과 축적된 황산 납으로 인한 이미 축적된 저항으로 인한 가열 효과와 같은 2차 반응 때문입니다.
배터리는 고무 시트 또는 나무 벤치와 같은 절연 재료 위에 놓입니다. 충전기 리드는 적절한 전류 전달 용량을 가져야 합니다. 일반적으로 1mm 사각 구리선은 3암페어의 직류(DC)를 안전하게 전달할 수 있습니다. 충전기가 꺼짐 위치에 있는지 확인한 후 충전기 리드는 각 단자에 연결됩니다. 즉, 양극에서 양극으로, 음극에서 음극으로 연결됩니다. 전압, 비중 및 온도 판독값은 로그 시트에 기록되며, 그 모델은 아래에 나와 있습니다.
배터리 충전 기록 템플릿
판독값은 매시간 기록되어야 합니다.
카드뮴 수치는 특정 플레이트가 완전히 충전되었는지 여부를 나타냅니다. 카드뮴 기준 전극은 상단에 납땜된 구리선이 있는 절연된 카드뮴 막대입니다. 바닥 끝은 전해질에 잠기므로 액체에 닿을 뿐이며 내부의 판이나 다른 리드 부품과 접촉해서는 안됩니다.
완전히 충전된 양극판의 경우 카드뮴 판독값은 2.4V 이상이고 음극판의 경우 -0.2V 이하입니다.
표 4
납산 셀의 반응 및 해당 카드뮴 전위 판독값
카드뮴 잠재 수치
| 반응 | 잠재적 가치 | 카드뮴 수치 |
|---|---|---|
| 산소 진화 가능성 2 H2O → O2 + 4 H+ + 4e- | 1.95~2.00V | 2.00 - (-0.4) = 2.4V |
| 양극판의 표준전극전위 PbO2/PbSO4/H2SO4 | 1.69V | [1.69 – (-0.4) = 2.09V] |
| 양극판 방전 종료 | 1.40~1.5V | 1.40 – (-0.4) = 1.8V 1.50 – (-0.4) = 1.9V |
| 표준 수소 전극 전위(SHE) 2H+ + 2e- → H2 | 0.00V | 0.00V |
| 네거티브 플레이트 방전 종료 | -0.15, -0.20, -0.25V(다른 전류 밀도용) | -0.15 – (-0.4) = 0.25V -0.20 – (-0.4) = 0.20V -0.25 – (-0.4) = 0.15V |
| 네거티브 플레이트의 표준 전극 전위 Pb/PbSO4/H2SO4 | -0.35V | [-0.35 – (-0.4) = 0.05V] |
| 카드뮴 기준 전극 E° 값 CD/CD2+ | -0.40V | -0.40V |
| 수소 진화 가능성- 2H+ + 2e- →H2 (상용 셀의 경우) | -0.60V | -0.60 – (-0.4) = -0.20 |
| 수소 진화 가능성 2H+ + 2e- →H2 순수한 실험 세포의 경우 | -0.95V | -0.95 – (-0.4) = -0.55 |
배터리 충전기의 작동 원리
충전이 끝나면 12V 배터리는 16.5 이상의 단자 전압에 도달할 수 있습니다. 이 수준에서 1시간 동안 단자 전압을 유지한 후 충전을 종료할 수 있습니다. 배터리가 16에 가까워지면. 0 V, 필요한 경우 승인된 물을 추가할 수 있습니다.
충전이 거의 끝나갈 무렵 배터리에서 심한 가스가 발생합니다. 충전실 근처에 화염을 가져오면 안 됩니다. 가스는 수소 2 부분과 산소 1 부분의 조합 비율로 진화합니다. 따라서 이러한 가스가 적절한 환기 없이 충전 영역에 축적되면 스파크나 화염에 의해 가스가 점화될 가능성이 있으며 폭발적인 폭력과 결합하여 배터리와 주변 환경을 손상시키고 주변 사람들에게 부상을 입힐 수 있습니다. .
공기 중 수소의 폭발성 혼합물에 대한 하한은 4.1%이지만 안전상의 이유로 수소는 부피 기준으로 2%를 초과해서는 안 됩니다. 상한선은 74%입니다. 혼합물에 이러한 가스의 화학량론적 비율(수소 2:산소 1)이 포함되어 있을 때 격렬한 폭발이 발생합니다. 이 상태는 덮개에 단단히 조여진 배출 플러그가 있는 과충전 배터리 내부에서 발생합니다. 따라서 통풍구 플러그를 통풍구 구멍 위에 느슨하게 유지하고 단단히 조이지 않는 것이 좋습니다.
다양한 배터리 충전 방법 및 다양한 유형의 배터리 충전기
납산 전지를 충전하는 다양한 방법이 있지만, 모두 반응 생성물, 즉 두 플레이트의 황산 납을 각각의 활성 물질로 전환하는 하나의 공통 목표를 가지고 있습니다. 양극의 PbO 2 및 음극의 Pb .
2 PbSO 4 + 2 H 2 O → PbO 2 + Pb + 2 H 2 SO 4
충전 방식에는 여러 가지 변형이 있습니다. 그러나 이러한 모든 방법에서 정전류 및 정전압 충전 방법이라는 두 가지 기본 원칙만 사용됩니다. 사용 가능한 몇 가지 방법은 이 두 가지 원칙을 결합하여 목표를 달성합니다.
적절한 충전 방법의 선택은 유형, 설계 및 서비스 조건과 충전 가능 시간에 따라 다릅니다. 이러한 모든 충전 방법은 충전 프로세스를 제어하고 완료하기 위해 많은 방법을 사용합니다.
이러한 방법은 다음과 같이 분류할 수 있습니다.
표 5
다양한 배터리 충전기 및 배터리 충전 방법의 분류
다양한 배터리 충전 방법
| 정전류 기반 방법(CC) | 정전압 기반 방법(CV 또는 CP) | 조합 방법 | 테이퍼 충전 | 특별한 방법 |
|---|---|---|---|---|
| 1단계 CC 충전 방식 | 정전압 방식 | CC-CV 방식 | 1단계 테이퍼 충전 방식 | 1. 초기 충전 2. 균등화 요금 3. 기회 충전 4. 가스 제어 충전 5. 세류 충전 6. 부스트 충전 7. 펄스 충전 8. 고속 또는 급속 충전 |
| 2단계 CC 충전 방식 | 전류 제한 또는 수정된 CV 방법 | 2단계 테이퍼 충전 방식 |
1단계 정전류 기반 충전 방식(CC 방식) 배터리 충전기
짧은 시간 안에 충전을 끝내야 하고 사용자가 Ah로 입력을 알고 싶을 때 정전류 충전 방식을 사용할 수 있다. 정전류 충전은 이전 출력이 알려진 경우 선호되므로 5-10% 과충전으로 배터리를 100% SOC로 되돌릴 수 있습니다. 이렇게 하면 배터리 수명이 과도한 과충전으로 인해 부정적인 영향을 받지 않도록 올바른 입력이 제공됩니다. 이 방법의 일반적인 재충전 시간은 15~20시간입니다.
이 방법에서 전류는 충전 기간 동안 일정하게 유지됩니다.
충전 전류는 20시간 용량의 5~10%를 권장합니다.
충전 중 배터리의 역기전력 증가를 보상하려면 사용되는 직렬 저항을 변경하거나 변압기 전압을 증가시켜 충전 전류를 일정하게 유지해야 합니다. 일반적으로 직렬 저항은 전류를 일정하게 유지하기 위해 변경됩니다.
이 방법은 가장 간단하고 저렴한 충전 방법입니다. 그러나 충전 효율이 낮다는 단점이 있습니다. 이는 저항에서 일부 전력이 소실되기 때문이며 부분적으로는 배터리가 셀당 2.5V에 도달하면 물을 분할하는 데 사용되는 전류 때문입니다. 배터리가 약 70~75% 충전되면 배터리에 가스가 발생하기 시작합니다. 이 충전 방법은 특히 충전이 끝날 때 항상 약간의 과충전 및 격렬한 가스 발생을 초래합니다.
정전류 충전 방법에 대한 일반화된 그림이 그림 5 에 나와 있습니다. 충전 특성은 그림 6 에 나와 있습니다.
2단계 정전류 충전 방식 배터리 충전기
2단계 정전류 충전 방식에서는 시작 속도와 종료 속도의 두 가지 충전 속도가 사용됩니다. 마무리 속도는 일반적으로 시작 속도의 절반입니다. 배터리가 가스를 방출하기 시작할 때 마무리 속도가 시작됩니다. 이것은 일반적으로 배터리의 벤치 충전에 사용되는 선호되는 방법입니다. 충전 특성은 그림 7 [11. PG Balakrishnan, 납축전지, Scitech 간행물(인도) Pvt. Ltd., 첸나이, 2011년, 12.8페이지].
정전압 또는 전위 충전 방법 배터리 충전기
정전압 또는 전위(CV 또는 CP) 충전 방식은 충전 기간 동안 일정한 수준으로 유지되는 전원 전압을 사용합니다. 일반적으로 이 전압은 셀당 2.25~2.4V입니다.
이 방법은 VRLA(밸브 조절형 납산) 전지 및 배터리를 충전하는 데 권장되는 방법입니다. VRLA 배터리를 CV 방식으로 충전할 때 이전 방전의 DOD(Depth of Discharge)에 대해 걱정할 필요가 없습니다. VRLA 배터리는 제조업체에서 권장하는 CV 충전 전압을 사용하여 유해한 영향 없이 충전할 수 있습니다. 거의 모든 VRLAB 제조업체는 0.25~0.30C 암페어의 시작 전류를 권장합니다.
즉, 100Ah 배터리의 경우 25~30A의 초기 전류를 선택할 수 있습니다. 높은 전류는 완전 방전된 배터리를 충전하는 데 사용되며 낮은 전류는 정상적으로 방전된 배터리에 사용됩니다. 더 낮은 충전 전압의 효과는 더 높은 전류로 충전된 배터리에 비해 온도 상승이 덜하지만 완전 충전에 걸리는 시간은 더 많다는 것입니다.
충전이 끝나면 배터리 전압은 인가된 전압과 동등해지고 충전 전류는 매우 낮은 값으로 테이퍼됩니다. 일반적으로 끝의 전류는 배터리 용량의 각 Ah에 대해 2~4mA 값에 도달할 수 있습니다. 셀당 2.25~2.3V에서 적절하게 제작된 배터리에서는 가스 발생이 관찰되지 않습니다. 그러나 가스 발생은 셀당 2.4V에서 분명합니다. 셀당 2.4V에서 발생하는 가스의 부피는 6V/1500Ah VRLAB의 경우 40-50분 동안 약 1000ml입니다.
6.1.a항에 따라. JIS 8702-1:1998의 JIS 8702-1:1998에 따르면 충전 지속 시간은 약 16시간 또는 연속 2시간 이내에 20시간 비율 전류(I 20 ) 암페어의 10% 이상 전류가 변하지 않을 때까지입니다.[JIS 8702-1:1998] . 예를 들어 배터리의 20시간 용량(배터리 전압에 관계없이)이 60Ah인 경우20 에서 전류가 300mA 이상 변하지 않으면 충전이 완료되었을 것입니다(즉, I20 = 60Ah /20A = 3A. 따라서 I의 0.120 = 0.3A)
VR 배터리의 CP 충전 세부 정보는 그림 에 나와 있습니다.
충전 효율 은 정전류 방식보다 우수합니다. 이 방법의 단점은 고전류 드레인에서 안정화된 전압이 필요하고 비용이 많이 든다는 것입니다. 이 방법은 통신 및 UPS 애플리케이션용 고정 셀의 플로트 작동에 사용됩니다.
수정된 정전위 충전 - 배터리 충전기
산업 응용 분야에서 이러한 방법은 충전 회로가 시스템의 필수적인 부분인 경우에 사용됩니다. 예를 들면 자동차, UPS 등이 있습니다. 전류를 제한하는 직렬 저항이 회로에 포함되어 있으며 그 값은 미리 설정된 전압에 도달할 때까지 유지됩니다. 그 후 전압은 배터리가 시동 전류, 비상 전원 등을 공급하는 의무를 수행하도록 요구될 때까지 일정하게 유지됩니다.
고정 직렬 저항의 선택은 배터리의 셀 수와 암페어시 용량 및 충전에 사용할 수 있는 시간에 따라 다릅니다. 인가 전압은 셀당 약 2.6~2.65볼트로 일정하게 유지됩니다.
충전이 진행됨에 따라 충전 전류는 초기 값에서 떨어지기 시작합니다. 전압이 셀당 2.35~2.40볼트까지 점진적으로 상승하면 가스 발생 전압이 급격히 상승하는 경향이 있으므로 충전 전류가 더 빠른 속도로 하락합니다.
수정된 일정 전위 충전은 견인 배터리와 같은 딥 사이클링 배터리에 일반적입니다. 공장은 일반적으로 지게차를 80%의 방전 깊이(DOD)까지 6시간 작동하고 8시간 동안 충전하는 것과 같은 고정 방전 충전 시간 프로파일을 사용합니다. 충전기는 가스 공급 전압으로 설정되어 있으며 시작 전류는 100Ah당 15~20A로 제한됩니다. 전류는 일정한 전압에서 100Ah당 4.5~5A의 마무리 속도로 점점 가늘어지기 시작하며 충전이 끝날 때까지 유지됩니다. 총 충전 시간은 타이머로 제어됩니다.
배터리를 완전히 충전된 상태로 유지하기 위해 충전이 완료된 후에도 배터리를 연결된 상태로 유지하는 조항이 있는 배터리 충전기가 있습니다. 이는 상태를 유지하기 위해 6시간마다 짧은 기간의 충전을 제공함으로써 달성됩니다.
자세한 내용은 그림 12에 나와 있습니다. [ 12. Special Issue on Lead-Acid Batterys, J. Power Sources 2 (1) (1977/1978) 96-98]
조합 방식(CC-CV 방식) - 배터리 충전기
이 방법에서는 정전류 및 정전위 충전이 함께 결합됩니다. 이 방법은 (IU)(전류는 I, 전압은 U) 충전 방법이라고도 합니다. 충전 초기에는 배터리가 가스 발생 전압에 도달할 때까지 정전류 모드로 충전된 다음 정전위 모드로 전환됩니다. 이 방법은 충전이 끝날 때 정전류 충전 방법의 해로운 영향을 제거합니다.
이 방법의 충전 특성은 오른쪽 그림 11에 나와 있습니다.
테이퍼 충전 - 배터리 충전기
테이퍼의 의미는 아래로 기울기입니다. 용어가 명백하게 나타내듯이, 전류는 셀당 시작 충전 전압을 약 2.1V로 고정하고 셀당 2.6V에서 종료함으로써 더 높은 값에서 더 낮은 값으로 감소할 수 있습니다. 이러한 전압에서 전류 값의 비율을 테이퍼 값이라고 합니다.
따라서 셀당 2.1V에서 50A, 셀당 2.6V에서 25A의 출력을 갖는 충전기는 2:1의 테이퍼 특성을 갖는 것으로 설명됩니다.
1단계 테이퍼 충전 방식과 2단계 테이퍼 충전 방식이 있습니다.
1단계 테이퍼 충전 - 배터리 충전기
이러한 유형의 충전에서 전류는 일반적으로 배터리의 20시간 비율 용량의 약 4~5%인 높은 시작 값에서 더 낮은 종료 비율로 점점 가늘어집니다. 가스 발생은 전해질의 밀도 구배를 균일하게 하는 데 도움이 되기 때문에 필요한 현상입니다. 즉, 성층화 현상을 중화시킨다. 따라서 마무리 속도는 이 프로세스가 발생하도록 하는 동시에 포지티브 그리드를 과도하게 부식시키지 않도록 충분히 높은 값으로 고정됩니다. 여기서, 충전기 출력 전압은 초기에 셀당 약 2.7V로 설정되어 있다가 충전 기간이 끝나면 셀당 약 2.1~2.2V로 떨어지게 된다.
충전 전류는 가스 발생 전압(셀당 약 2.4V)에 도달할 때까지 천천히 감소하고(SOC = 75~80%) 그 후 더 빠른 속도로 감소합니다. 일반적으로 테이퍼 비율은 2:1 또는 1.7:1 비율로 고정됩니다. 충전 완료에 걸리는 시간은 약 12시간입니다. 가스 공급 전압에 도달한 후 충전 기간은 가스 공급 전압에 도달하면 작동을 시작하는 타이밍 장치를 통합하여 제어됩니다.
충전 시간은 8~10시간으로 단축할 수 있지만 시동 전류를 높여야 하므로 관련 경제성과 소비자의 경제성을 고려하지 않고는 불가능합니다.
단일 단계 테이퍼 충전의 충전 특성은 그림 12 에 나와 있습니다.
2단계 테이퍼 충전 - 배터리 충전기
이 충전 방법은 총 충전 시간이 약 8~10시간으로 단축된다는 점을 제외하고는 단일 단계 테이퍼 충전과 유사합니다. 배터리는 완전히 방전되었을 때 더 빠른 속도로 충전을 수용할 수 있으므로 배터리가 가스 발생 단계에 도달할 때까지 첫 번째 단계에서 고전류가 사용됩니다. 배터리로 반환되는 암페어 시간의 거의 70~80%가 첫 번째 단계에서 배터리에 더 빠른 속도로 제공되고 나머지 암페어-시간은 두 번째 단계에서 공급됩니다.
단일 단계 테이퍼 충전에 의한 12V, 500Ah 배터리의 충전 특성은 그림 13 에 나와 있습니다.
테이퍼 충전 방식은 일반적으로 완전히 방전되는 견인 배터리를 충전하는 데 더 널리 사용됩니다. 예를 들어 우편 배달 밴, 우유 배달 차량과 같은 전기 자동차의 차량 운전자는 배터리에서 가능한 최고의 성능을 얻고 많은 현금 투자를 보호하기 위해 정교한 배터리 충전기가 필요합니다.
초기 충전
새로운 납산 배터리는 활성화가 필요하며 처음 충전하는 이 과정을 초기 충전 충전이라고 합니다. 배터리는 필요한 양의 전해질로 채워져 있으며 배송을 위해 보내기 전에 완전히 충전되어 있습니다. 일반적으로 이 초기 충전은 배터리가 완전 충전을 위한 16.5V 이상의 전압이 될 때까지 낮은 전류에서 장기간 동안 정전류 충전 방식으로 수행됩니다.
요즘에는 공장에서 충전된 배터리를 바로 사용할 수 있게 되거나 전해질만 추가하면 되는 건식 충전된 배터리를 얻을 수 있게 되면서 이 프로세스가 불필요해졌습니다.
균등화 요금
균등 전하 셀 간 차이는 받아들여야 하는 사실입니다. 두 개의 세포가 모든 면에서 같을 수는 없습니다. 활물질 중량의 차이, 전해질 비중의 작은 변화, 전극의 다공성 등이 차이점 중 일부입니다. 이러한 이유 때문에 배터리의 각 셀에는 고유한 특성이 있습니다. 각각 약간의 다른 요금이 필요합니다. 이따금씩 충전을 균등화하면 배터리 수명이 다하는 것을 방지할 수 있습니다. 12V 자동차 배터리는 14.4V에서 플로팅됩니다. 완전히 충전된 배터리에는 16.5V의 전압 레벨이 필요하며, 이는 차량에 탑재된 서비스에서는 결코 실현할 수 없습니다.
따라서 자동차 배터리의 수명을 연장하려면 균등 충전(벤치 충전이라고도 함)이 필요합니다. 따라서 6개월마다 주기적으로 벤치 충전을 받는 배터리는 벤치 충전을 받지 않는 배터리보다 적어도 10-12개월 더 오래 사용할 수 있습니다. 균등 충전의 빈도와 범위는 배터리 제조업체와 논의해야 합니다. 사전 프로그래밍된 충전기를 사용하면 셀 전해질의 상대적 밀도와 전압을 안정화하는 데 사용되는 지속적으로 낮은 전류를 제공하는 스위치를 통해 ‘균등 충전’을 사용할 수 있습니다.
유사하게, UPS 비상 전원 공급 장치 배터리 및 지게차 배터리에도 이러한 균등화 요금이 필요합니다. 인버터에 사용되는 배터리는 13.8~14.4V까지만 충전이 가능하다. 앞서 말했듯이 배터리의 셀 간 불균형을 균일하게 하기에는 부족하다. 이 배터리는 주기적으로 균등화 충전을 하면 더 오래 사용할 수 있습니다.
배터리는 6개월마다 균등화 충전을 해야 합니다. 그러나 지게차 배터리에 사용되는 견인 배터리는 새 배터리인지 오래된 배터리인지에 따라 6번째 또는 11번째 주기에 한 번씩 균등 충전을 해야 합니다. 새 배터리는 11주기마다 한 번씩 균등 충전을 할 수 있고 오래된 배터리는 6 주기 마다 균등 충전할 수 있습니다. 배터리가 매일 정기적으로 완전 충전되면 균등 충전 빈도를 10 번째 및 20 번째 사이클로 줄일 수 있습니다. 균등 충전은 2~3시간 동안 셀에서 전압 및 비중 판독값이 더 이상 증가하지 않을 때 종료되어야 합니다.
기회 충전
오프로드 또는 온로드 전기 자동차가 집중적으로 운행되는 경우 휴식 시간 및 기타 짧은 휴식 시간에 충전기를 연결하면 차량의 효과적인 근무 시간을 연장하여 EV의 가동 중지 시간을 줄이는 데 도움이 될 수 있습니다. 기회과금 이란 점심시간이나 휴식시간에 부분과금을 하는 것을 말한다.
이러한 기회 요금은 배터리의 수명을 단축시키는 경향이 있습니다. 배터리는 이러한 충전 및 후속 방전을 하나의 얕은 사이클로 계산합니다. 가능한 한 기회 비용을 피해야 합니다. 일반 충전은 100Ah 용량당 15~20A를 제공하는 반면 기회 충전은 100Ah 용량당 25A의 약간 더 높은 전류를 제공합니다. 이는 온도를 높이고 양극 그리드의 부식을 가속화합니다. 따라서 수명이 단축됩니다.
가스 제어 충전
발생된 수소 가스의 열전도율은 충전 전류를 모니터링하는 데 사용됩니다. 매우 우수한 냉각제인 수소 가스는 가열된 요소를 냉각하는 데 사용됩니다. 발열체의 저항 변화는 전류를 조절하는 데 사용됩니다. 전류를 조절하기 위해 서미스터를 사용할 수도 있습니다. 때때로 적절한 촉매를 통해 전지에서 발생된 수소 가스와 산소 가스의 재결합으로 인한 가열 효과는 전류를 조절하는 열 스위치를 작동하는 데 사용됩니다.
세류 충전
연속 충전에서 충전기는 자체 방전 및 간헐 방전으로 인한 손실을 균등화합니다. 유지 보수 비용은 자가 방전을 보상합니다. 두 가지 작동 모드는 일정한 단자 전압이 특징입니다.
유지 관리 비용 셀당 2.20~2.25V
연속 충전 셀당 2.25~2.35V
배터리의 수명과 상태에 따라 유지 충전(세류 충전) 중에 40 ~ 100mA/100A 공칭 용량의 전류 밀도가 필요할 수 있습니다.
연속 충전 전류는 부하 프로파일에 크게 좌우됩니다. 유지 보수 충전 배터리는 정전이 발생할 때마다 충전해야 합니다. 계획되지 않은 부하 후에 계속 충전되는 배터리의 경우에도 마찬가지입니다.
부스트 충전
부스트 충전은 사용할 수 있는 다른 배터리가 없고 SOC가 비상 작업에 충분하지 않은 경우 비상 시 방전된 배터리를 사용해야 하는 경우에 사용됩니다. 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 시작하고 80A로 테이퍼됩니다. 가장 중요한 것은 온도가 48-50 o C를 초과해서는 안된다는 것입니다.
펄스 충전
펄스 전류 충전이란 무엇입니까?
충전은 밀리초(ms) 단위의 현재 켜짐 시간과 같이 매우 짧은 기간 동안 수행되고 유휴 기간(ms 단위 꺼짐)이 따릅니다. 때로는 방전이 펄스 충전보다 먼저 발생할 수도 있습니다.
펄스 전류 기술은 자동차 납축전지의 급속 충전을 위해 적용되었습니다. 다음과 같은 결론에 도달했습니다.
- 펄스 전류 기술은 매우 유리한 효과를 발휘할 수 있습니다.
- 재충전 속도를 향상시킵니다.
- 특히 100ms 이상의 온 타임이 사용될 때 납/산 배터리의 사이클 수명 성능에 이점이 있습니다.
- 게다가, 이 기술은 또한 정전류 충전으로 순환되었던 세포를 젊어지게 할 수 있습니다.
- 재충전 시간은 ~10시간에서 ~1시간으로 크게 감소할 수 있습니다.
- 사이클 수명은 3~4배 증가할 수 있습니다.
- 순환 배터리(용량 = 초기 값의 80%)에 펄스 전류 충전을 적용하면 배터리 용량이 회복될 수 있습니다.
- Pb-Sb 및 Pb-Ca-Sn 전지 모두에서 정전류 충전으로 높은 방전율에서 조기 용량 손실이 발생합니다.
자세한 내용은 독자들이 위에 제공된 Lam 및 다른 사람들의 기사를 참조할 수 있습니다.
잠수함 전지는 펄스 충전의 대상이 되어왔다 [14. Melvyn James, Jock Grummett, Martin Rowan 및 Jeremy Newman, Journal of Power Sources 162(2006) 878–883 879]. 저자들은 다음과 같이 결론지었다.
- 펄스 충전으로 용량을 향상시킬 수 있습니다. 이 용량 향상
비교적 새로운 세포에서는 극적이었습니다. 그러나 오래된 전지(4~5년)의 경우 용량 향상을 얻기 전에 15회 이상의 펄스 충전 주기가 필요했습니다.
- 오래된 세포는 심각한 황산화를 겪었으며, 이는 분해되는 데 더 많은 주기가 필요합니다.
- 일부 황산염은 되돌릴 수 없습니다.
- 펄스 충전의 사용은 또한 가스 충전이 상당히 감소될 수 있음을 나타냅니다.
- 가스 발생은 펄스 주파수가 증가함에 따라 감소합니다. 이것은 산소 발생에서 더 두드러지며, 이는 가스 충전 중에 양극에서 산소가 방출되기 때문에 양극 플레이트 부식으로 고통받는 잠수함 배터리에 중요한 요소입니다.
- 셀에 펄스 충전을 적용한 후 기존의 충전 루틴을 재개하더라도 유익한 효과는 그대로 유지됩니다.
일반적인 펄스 충전 프로그램은 다음과 같습니다.
펄스 충전을 적용하면 시간이 지남에 따라 황산화가 축적되는 것을 방지할 수 있습니다. 펄스 충전이 처음부터 사용되는 경우 적절한 충전 및 유지 관리를 통해 전지의 황산화 축적을 줄일 수 있습니다. 이미 발생한 황산염의 축적은 이 방법으로 되돌릴 수 없습니다. 셀이 지속적으로 균등화되거나 과충전되면 셀이 손상되어 용량과 수명이 감소합니다. Microtex는 배터리의 비중을 정기적으로 테스트하여 배터리 지속 시간을 확인하고, 약하거나 결함이 있는 셀을 식별하고, 충전 상태를 확인할 것을 권장합니다. 황산염 축적 또는 전하의 불균형이 있는 경우 다음 단계를 따를 수 있습니다.
고속 또는 급속 충전 - 배터리 충전기
25년 전만 해도 납축전지는 양극 활물질이 회복할 수 없을 정도로 손상되기 때문에 높은 속도로 충전해서는 안 된다고 믿었습니다. 급속 충전은 과도한 수준의 그리드 부식 및 가스 발생을 초래하여 VRLA 배터리의 조기 및 신속한 고장을 초래할 것으로 믿어졌습니다.
급속 충전은 시간과 에너지를 절약할 뿐만 아니라 가스 발생을 없애고 유지 관리를 줄여줍니다. 급속 충전은 밀봉된 Ni-Cd 전지에 대해 1972년 Kordesch에 의해 처음 제안되었습니다[17. K. Kordesch, J. Electrochem. Soc., 113 (1972) 1053]은 VRLA 배터리용으로 캐나다의 Norvik Technologies에 의해 1993년에 나중에 개발되었습니다.
Minitcharger™는 완전 방전된 Ni-Cd 배터리의 재충전이 5분에서 10분 내에 달성될 수 있음을 입증했습니다 [18. JK Nor, 미국 특허 5,202,617(1993)].
1990년대 초반에 캐나다 코민코의 Valeriote, Nor 및 Ettel은 이 기술을 기존의 납축전지로 발전시켰다 [19. EM Valeriote, J. Nor, VA Ettel, Proc. 제5차 국제 납축전지 세미나, 비엔나, 버지니아, 미국, 1991년 4월 17-19일, pp 93-122]. 1994년에 Valeriote, Chang 및 Jochim은 이 공정이 박판 VRLA 배터리에도 적합함을 증명했습니다 [ M. Valeriote, TG Chang, DM Jochim, Proc. 응용 및 발전에 관한 제9 회 연례 배터리 회의, 미국 캘리포니아주 롱비치, 1994년 1월, pp. 33-38 ] .
90년대 초반부터 이 기술은 모든 종류의 견인 배터리에 적용되었습니다 [20. K. Nor 및 JL Vogt, Proc. 13th Annual Battery Conference on Application and Advances, 1998년 1월 13-16 일 , Long Beach, CA, 191-197].
1994년 MinitchargerÔ(캐나다 Norvik Traction Inc.) [21. TG Chang, EM Valeriote 및 DM Jochim, J. Power Sources 48(1994) 163-175].
- 플러디드 하이브리드 배터리(이 작업에서 “AP”라고 함)는 4.7%의 안티몬 합금으로 만든 양극 그리드와 고칼슘-저주석 합금(Pb-0.1 wt.% Ca)으로 만든 확장형 음극 그리드를 가지고 있습니다. -0.3wt.% Sn). PAM 무게는 ~ 800g이었고 NAM은 각 셀에서 ~ 540g이었습니다. 심방전형이며 용량은 80 Ah 20 , 54.4 Ah 5 및 50.9 Ah 3 )
- 중력 주조 포지티브 그리드가 있는 밸브 조절 배터리는 낮은 안티몬 합금(Pb -1.5wt. % Sb-0.3wt. % Sn(이 작업에서는 이 배터리를 “ST” 배터리라고 함)으로 제작되었습니다. 구성은 5P + 6N입니다. 네거티브 그리드는 Pb-O.12wt. %Ca-O.4wt.% Sn 합금으로 주조되었습니다. 이 배터리는 딥 사이클링 애플리케이션을 위한 것이었습니다. 배터리 용량은 54.5 Ah입니다.5 및 52.5 Ah 3
5분/50% 재충전 및 15분/80% 재충전 속도는 배터리가 가득 찬 경우 상당히 수용 가능한 온도 상승으로 달성될 수 있음이 발견되었습니다. 80%의 방전 심도에 이어 300A(5 ~ 6C 3 암페어)의 매우 높은 비율로 반환된 전하의 처음 40% 동안 지배적인 열 소스는 옴이었습니다. 온도는 배터리 내에서 불균일하게 분포되었습니다. 그 후, 무저항 분극이 점점 더 중요해졌습니다. 하이브리드 재결합 배터리의 경우, 산소 순환은 특히 조사된 이전의 비안티몬 배터리와 비교하여 충전 후기 단계에서 상당한 열원입니다[21 TG Chang, EM Valeriote and DM Jochim, J. Power 출처 48 (1994) 163-175].
침수 및 VRLA 배터리의 빠른 충전
표 6.
[21. TG Chang, EM Valeriote and DM Jochim, J. Power Sources 48 (1994) 163-175].]
| 침수된 배터리 | 밸브 조절 배터리 | |
|---|---|---|
| 5분/50% 충전 및 15분/80% 충전 속도 | 예 | 예 |
| 온도 상승 | 허용 | 허용 |
| 열원 | 옴(충전의 최대 40%) | 산소 순환은 충전의 후반 단계에서 상당한 열원입니다. |
| 충전 중 | 2.45V/셀(14.7V/배터리)의 일정한 무저항 전압에서 충전 | 2.45V/셀(14.7V/배터리)의 일정한 무저항 전압에서 충전 |
| 현재의 | 250 ~ 300A(5 ~ 6C3 암페어) | 250 ~ 300A(5 ~ 6C3 암페어) |
| 초반 3분 | VRB보다 1V 높음 | |
| 전류 감소 | 3분 충전 후 300A 수준에서 떨어지기 시작함 | 3분 충전 후 300A 수준에서 떨어지기 시작함 |
| 온도 | 더 높은 저항 가열 및 훨씬 더 높은 온도 증가율; 4분 후 감소하기 시작함 | 전류는 충전 4분 후부터 감소하기 시작하여 나머지 충전 기간 동안 침수형보다 높게 나타났다. |
| VR 배터리의 전류가 감소하면 온도 상승률이 더 커집니다. 6분 후, 온도는 여전히 상승하고 있지만 증가율은 감소하기 시작하였다. 온도는 약 20분의 충전 후에만 천천히 감소하기 시작했습니다. 동일한 일정한 무저항 전압으로 VR 배터리는 더 많은 열을 발생시키는 더 높은 전류를 수용했습니다. 산소 순환에 소비된 에너지는 완전히(100%) 열로 변환되며, 물 분해만 수행하는 경우에는 약 40%입니다. |
그림 17. 충전: V ref = 2.45V/셀; 전류, I, 최대 300A; 국방부 = 80%. [21. TG Chang, EM Valeriote and DM Jochim, J. Power Sources 48 (1994) 163-175.]
침수 배터리와 VRLA 배터리의 급속 충전 비교.
표 7. MinitCharger ®의 배터리 수명
[22. K. Tomantschger, EV Valeriote, JS Klarchuk, TG Chang, MJ Dewar, V. Ferrone 및 DM Jochim, Proc. 13응용 및 발전에 관한 연례 배터리 회의 , 1998년 1월 13-16 일 , Long Beach, CA, 173-178]
| 배터리 유형 | 배터리 사이클 수명 | ||
|---|---|---|---|
| 기존 배터리 충전기 | MinitCharger® | 원천 | |
| Ni-Cd 전지, A형 | 500 | 1400 | 인코(1989) |
| Ni-Cd 전지, B형 | 450 | 1900 | 인코(1996) |
| Ni-MH 전지, A형 | 400 | 1600 | 인코 (1996) |
| Ni-MH 전지, B형 | 1500 | 4000개 이상 | 인코 (1996) |
| 납산 견인 배터리, VRLA 유형 | 250 | 1500 | 코밍코 (1997) |
Chang과 Jochim도 비슷한 결과를 얻었습니다. 그들은 12V VRLA 배터리(나선형)를 기존 충전 및 급속 충전 사이클링 테스트에 적용했습니다[21. TG Chang, EM Valeriote 및 DM Jochim, J. Power Sources 48 (1994) 163-175. 23. 장태지, 조킴, 디엠, 제이.파워소스, 91(2000) 177-192]. 사이클 수명은 재래식 충전 방식의 경우 250사이클이었고 급속 충전 방식의 경우 1000사이클이었습니다.
매우 빠른 충전은 큰 성공을 거두었고 더 높은 수명을 가져왔습니다. 조사에 따르면 코민코 연구팀은 [ 22. K. Tomantschger, EV Valeriote, JS Klarchuk, TG Chang, MJ Dewar, V. Ferrone 및 DM Jochim, Proc. 13일 Annual Battery Conference on Application and Advances, 1998년 1월 13-16일, Long Beach, CA, 173-178]에서 설문 조사를 실시했으며 팀은 상업적으로 이용 가능한 30가지 종류의 납축전지가 50%까지 충전할 수 있음을 발견했습니다. 5분, 80%는 15분, 100%는 30분입니다. 이러한 점에서 VRLAB의 성능은 플러딩된 SLI 배터리보다 우수합니다.
기존에 대전된 양극 활물질은 더 큰 입자와 수많은 큰 기공을 특징으로 합니다. 급속 대전된 판에서는 큰 입자, 기공 또는 공극이 관찰되지 않았습니다. 기존에 충전된 플레이트는 PAM의 2m 2 /g 표면적을 나타내었고 고전류로 충전된 플레이트는 900 사이클 후에도 3m 2 /g의 표면적 값을 나타냈습니다 [22. K. Tomantschger, EV Valeriote, JS Klarchuk, TG Chang, MJ Dewar, V. Ferrone 및 DM Jochim, Proc. 13th Annual Battery Conference on Application and Advances, 1998년 1월 13-16 일 , Long Beach, CA, 173-178 ] .
후자의 경우 PAM은 천천히 팽창하여 결과적으로 분리기와 음극판에 가해지는 압력이 줄어들어 분리기의 단락 및 NAM 조밀화의 “침입” 위험이 줄어듭니다. 급속 충전의 극적인 효과는 수명 주기 테스트를 거치면 12V/50Ah 나선형으로 감긴 VR LAB(10시간 및 15분 충전 방식에서 테스트할 때)에서 기존의 충전된 배터리가 250사이클(초기 용량의 80%까지)만 제공할 수 있다는 것입니다. 급속 충전 체제 아래에 있는 사람들은 약 4배 더 많은 주기를 제공할 수 있습니다.
재래식 및 급속 대전 판의 PAM 및 NAM SEM 사진
PT Moseley[Journal of Power Sources 73 _1998. 122–126] ALABC-CSIRO 프로젝트 번호 AMC-009). VRLA 배터리의 고속 배터리 충전은 바늘과 같은 습관이 특징인 높은 표면적 형태로 양극 활물질을 복원하고 배터리를 더 낮은 속도로 충전하면 양극 활물질이 더 큰 입자를 형성합니다.
배터리 충전기 다이어그램
배터리 충전기를 배터리에 얼마나 오래 둘 수 있습니까?
이는 두 가지 요인에 따라 다릅니다.
- 충전기가 작동 중인지 여부
- 충전기에 간헐적 리프레시 충전을 하는 조항이 있나요?
충전기의 전원이 꺼져 있는 경우, 충전기에 연결된 AC 전선의 잘못된 연결과 같이 충전의 어떤 부분에도 오작동이 없다면 배터리를 충전기에 연결된 상태로 두어도 문제가 없을 것입니다.
그러나 충전기가 켜져 있는 경우 과충전의 유해한 영향으로 인해 배터리 수명이 단축되지 않도록 배터리를 분리하는 것이 좋습니다.
충전기에 간헐적 리프레시 충전을 제공하는 규정이 있는 경우 충전기에 배터리를 연결된 상태로 둘 수 있습니다. 이렇게 하면 배터리를 완전히 충전된 상태로 유지하는 데 도움이 되며 배터리가 필요할 때 언제든지 사용할 수 있습니다.
자동차 배터리 충전기는 어떻게 작동합니까?
자동차 전기 시스템은 다음 구성 요소로 구성됩니다.
시동, 조명 및 점화 시스템(SLI 시스템)에는 엔진을 크랭크하고 차량을 양호한 작동 상태로 유지하기 위해 일제히 작동하는 기계 및 전기 구성 요소/장비가 모두 있습니다.
주요 구성 요소는 다음과 같습니다.
- 점화 스위치
- 12V 또는 24V의 배터리.
- 관련 구성 요소가 있는 고토크 DC 스타터 모터(또는 크랭킹 모터)
- 교류기-정류기 배열
- 전압 컨트롤러 또는 조정기(컷아웃 및 컷인 릴레이)
운전자가 이그니션 스위치를 켜면 제어 회로를 통해 배터리에서 스타터 모터로 큰 전류가 흐르고 스타터 모터가 바퀴를 돌려 차량이 움직이기 시작합니다.
스타터 모터의 목적은 엔진이 작동할 수 있도록 어느 정도 속도에 도달하도록 돕는 것입니다. 따라서 스타터는 엔진이 차량을 주행하는 데 필요한 속도에 도달하도록 도와줍니다. 완료되면 스타터가 더 이상 유용하지 않으므로 꺼집니다.
자동 배터리 충전기에는 충전 중인 배터리의 전압을 감지하는 전압 센서 회로가 통합되어 있습니다. 배터리 전압이 필요한 최적 수준에 도달하면 충전기가 자동으로 꺼집니다.
전류는 단일 케이블을 따라 배터리 양극 단자에서 전원이 공급되는 구성 요소로 흐르고 자동차의 금속 몸체를 통해 다시 배터리로 흐릅니다. 본체는 배터리의 접지단자(음극단자)와 두꺼운 케이블로 연결되어 있습니다.
배터리가 스타터 모터에 공급하는 전류는 배터리 용량의 3~4배, 150~400암페어입니다. 즉, 배터리는 스타터 모터에 3C~4C 암페어의 전류를 공급합니다. 따라서 이 전류를 전달하는 케이블은 전압 강하를 최소화하도록 적절하게 설계되어야 합니다. 자동차 점화 시스템의 두 가지 주요 기능은 공기/연료 혼합물 연소를 위한 스파크를 쉽게 생성할 수 있도록 충분한 전압을 생성하고 두 번째로 스파크 시기를 제어하여 적절한 실린더에 전달하는 것입니다. 일반적인 자동차 점화 시스템은 12볼트 소스에서 20000볼트에서 50000볼트 사이의 전압을 생성합니다.
배터리의 크기는 자동차의 용량에 따라 다릅니다. 따라서 Maruti 800 또는 Alto와 같은 소형 자동차의 경우 12V/33Ah 배터리가 사용되는 반면 Tata 또는 Benz 트럭의 경우 12V 또는 24V/180Ah 배터리가 사용됩니다.
자동차 충전 시스템은 일반적으로 엔진이 작동할 때 13.5볼트에서 14.4볼트 사이의 전압을 생성합니다. 자동차 조명, 음악 시스템, 히터, 엔진 전기 시스템을 작동시키기 위한 전류를 생산합니다. 오래 전, DC 발전기는 자동차에 사용되었습니다. 60년대 초반에 교류 발전기-정류기 시스템은 다른 것보다 장점 때문에 DC 발전기를 대체했습니다. 그러나 전기 및 전자 기술의 발전으로 모든 자동차는 교류 발전기-정류기 배열을 사용합니다(AC가 생성되고 DC로 변환됨).
스파크 점화 엔진에서는 압축 행정이 끝날 때 압축 공기-연료 혼합물을 점화하는 장치가 필요합니다. 점화 시스템은 이 요구 사항을 충족합니다. 스파크 플러그에 필요한 전압의 전류를 전달하여 정확한 시간에 스파크를 발생시키는 전기 시스템의 일부입니다. 배터리, 스위치, 분배기 점화 코일, 점화 플러그 및 필요한 배선으로 구성됩니다.
압축 착화 엔진, 즉 디젤 엔진 은 압축 행정 종료 시 고온의 압축 공기에 디젤이 분사될 때 연료-공기 혼합물의 자가 점화가 일어나기 때문에 어떠한 점화 시스템도 필요하지 않다.
배터리가 소모되는 것을 방지하기 위해 제조업체는 전압 조정기/컷아웃을 사용합니다. 발전기를 배터리에서 연결/분리합니다.
발전기 출력이 배터리 전압보다 낮으면 배터리에서 발전기를 분리합니다. 대조적으로, 출력이 더 높으면 발전기를 배터리에 다시 연결합니다. 따라서 느린 엔진 속도에서 배터리가 방전되는 것을 방지합니다. 배터리 단자 전압이 약 14.0~14.4V에 도달하면 차단 릴레이가 충전 회로에서 배터리를 분리합니다.
배터리 충전기를 부착한 상태에서 시동을 걸 수 있습니까?
기존 배터리로 시동을 걸 수 없는 경우, 유사한 다른 배터리의 단자처럼 충전기 리드를 부착하여 충전기에서 적절한 DC 전압을 공급할 수 있습니다. 이것은 점프 스타트로 차량을 시동하는 것과 같습니다. 이 작업을 수행하기 전에 적절한 예방 조치를 취해야 합니다. 전문가의 도움을 받아야 합니다.
응용 프로그램에 따라 가장 좋은 충전기는 무엇입니까?
인버터 배터리 충전기
인버터는 가정이나 소규모 시설에 필요한 전력을 공급하기 위해 DC를 배터리에서 AC로 변환하는 전기/전자 장치입니다. 정류기는 역기능을 수행합니다. 즉, 정류기는 AC를 DC로 변환합니다. DC는 배터리를 충전하고 일부 장치를 작동하는 데 필요한 전류 유형입니다.
가정용 인버터에는 일반적으로 개별 가정의 전력 요구 사항에 따라 1개 또는 2개의 12V 배터리가 있습니다.
무정전 전원 공급 장치(UPS)도 유사한 장치이지만 주전원 오류와 UPS에 의한 재개 사이의 시간 지연은 즉각적(제로 시간 지연)인 반면 인버터의 시간 지연은 10-20밀리초입니다. 일부 생산 단위 및 은행에서는 이러한 지연으로 인해 고객과 은행가에게 막대한 손실과 당혹감이 발생할 것입니다. 예를 들어 가정용 데스크톱 컴퓨터에서는 인버터에 연결하면 화면이 꺼지지만 UPS의 경우에는 정전을 느끼지 않습니다.
12V 배터리당 14.4V 이상의 전압으로 배터리를 충전하면 터미널과 커넥터 주변에 부식 생성물이 형성되는 것과 별개로 역겨운 악취와 원치 않는 썩은 계란 냄새가 배터리에서 방출됩니다. 따라서 이러한 배터리는 약 14.0V 이상의 충전 전압을 얻을 수 없으며 기본 설정 값은 13.8V입니다. 감소된 충전 전압으로 인해 전기분해로 인한 수분 손실도 발생합니다. 감소하여 승인된 물로 두 개의 보충 사이의 간격이 길어집니다. 그리고 필터를 사용한 전파 정류가 추가되었습니다.
자동차용 배터리 충전기
자동차 전기 시스템은 온보드 SLI 배터리의 충전을 처리합니다. 수정된 충전 정전위 충전에서 논의된 바와 같이 시스템에는 초기 서지 전류를 허용 한계 내로 유지하기 위해 직렬로 포함된 저항이 있습니다. 최대 충전 전압은 12V 배터리의 경우 14.0~14.4V입니다. SLI 배터리는 주기가 얕은 배터리로 전압이 일정 수준 이하로 내려갈 때마다 충전됩니다.
충전을 위해 배터리는 다이오드라는 전자 장치를 통해 알터네이터의 고정자와 연결되어 한 방향으로만 흐를 수 있습니다. .
따라서 배터리 팩의 원치 않는 방전을 방지합니다.
차단 계전기는 교류 발전기가 전류를 생성하지 않을 때 충전 시스템과 배터리 사이의 회로 차단기 역할을 합니다. 발전기가 작동하지 않거나 매우 낮은 속도로 작동하지 않는 경우 배터리 방전을 방지합니다.
주기적인 물 추가는 이전 버전의 배터리에서 유지 관리 요구 사항입니다. 그러나 고급 배터리는 가스 발생 수준이 낮고 물 추가가 거의 제거되거나 12~18개월에 한 번입니다.
고정 애플리케이션용 배터리 충전기
고정형 배터리는 몇 초 동안의 전원 공급 중단도 견딜 수 없는 여러 설치에서 비상 전원 공급 장치입니다. 전원을 공급하기 위해 매우 짧은 시간 동안만 필요한 대형 배터리 설치를 고정 또는 대기 또는 비상 전원 공급 장치라고 합니다. 그들은 유틸리티, 스위치 기어 및 기타 산업 환경에서 사용됩니다. 이러한 배터리는 발전기가 기능을 인계받을 수 있도록 발전기를 시동할 수 있을 때까지 초기 기간 동안 전원을 공급하는 데 사용됩니다.
납축전지(평판형 전지, Planté형 전지, 원추형 전지 등)와 니켈 카드뮴(Ni-Cd) 전지 등 여러 종류가 있지만 대부분의 사용자는 침수형 관형 고정 전지를 선호합니다. , 특히 OPzS 유형.
고정식 배터리 뱅크의 가장 중요한 기능은 정상적인 주전원 장애가 발생하는 경우 배터리 전원을 즉시 공급할 수 있다는 것입니다. 이 때문에 배터리는 항상 즉시 작동할 수 있는 완전히 충전된 상태여야 합니다. 따라서 충전 시스템이 중요합니다. 그 신뢰성은 매우 중요합니다.
이 배터리는 정전위 모드로 부동 충전됩니다. 24, 48, 72, 120 및 130V의 전압 그룹으로 제공됩니다. 용량은 40Ah에서 수천 암페어 시간 범위일 수 있습니다.
6 ~ 50A DC. 내장 경보는 높은 DC 전압, 낮은 DC 전압, 양극 및 음극 접지 오류, 방전 종료에 대해 포함됩니다. 산업용 배터리 충전기에는 디지털 컨트롤과 LCD 디스플레이가 있습니다. 모든 필드 터미널의 전선 보호, 전체 AC 입력 및 DC 출력 보호와 같은 다양한 안전 기능이 포함되어 있습니다.
배터리 충전기 구입을 위한 간단한 지침
다음은 배터리 충전기를 선택하기 위한 지침입니다.
- 충전할 배터리의 전압을 알 수 있습니다. 납산 셀의 경우 각 셀에 대해 만족스럽고 정상적인 충전을 위해 3볼트가 필요합니다. 따라서 12V 배터리의 경우 단자에서 20V DC 출력이 있는 충전기를 구입하십시오.
- 암페어 세부 정보(즉, 전류): 배터리 레이블에서 배터리 용량을 확인합니다. 용량이 10시간 비율에서 100Ah이면 10% 전류 출력이면 충분합니다. 따라서 10A 충전기를 권장합니다. 그러나 15A 충전기를 사용할 수도 있습니다. 그러면 비용이 더 높을 것입니다. 장점은 배터리를 더 짧은 시간 내에 충전할 수 있다는 것입니다. 배터리는 초기 기간에 더 높은 전류를 흡수할 수 있습니다. 따라서 처음 50% 입력에 대해 15A로 충전한 다음 전류를 정상 10 %.
- 충전기에는 디지털 또는 아날로그 전압계와 전류계가 장착될 수 있습니다. 추가 시설로는 디지털 Ah 미터가 있습니다. 또한 역 극성 보호가 추가될 수 있습니다. 이렇게 하면 배터리와 충전기가 모두 보호됩니다.
- 필터가 있는 전파 정류기는 배터리 수명을 연장하는 데 좋습니다. 이러한 충전기는 낮은 AC 리플을 생성하므로 양극 그리드의 부식과 충전 중 전해질의 온도 상승이 더 적습니다.
- 요약하자면, 12V/100Ah 배터리의 경우 디지털 미터와 필터가 있는 20V/10A 정격 충전기와 전파 정류 및 역극성 보호 기능이 있는 것이 좋습니다.
기차용 배터리 충전기
[참조: SG TL &AC 코치의 25kW/4.5kW 전자 정류기 겸 조절 장치(ERRU)에 대한 핸드북,) 2019년 9월 . “일반 서비스: 기차 조명”, IREE(Institution of Railway Electrical Engineers), 인도 정부, 철도부, 2010년 9월.]
어디를 가든지 전기가 필요하며 철도 객차는 조명과 팬을 작동하는 데 예외가 아닙니다. 에어컨(AC) 객차의 경우 객차 내부에 장착된 에어컨 장치를 가동하려면 상당한 양의 전기가 필요합니다.
전기를 생성하는 기존 방법 중 하나는 저전압 조건에서 객차에 전력을 공급하기 위해 병렬로 연결된 충분한 암페어시 용량의 배터리와 함께 철도 객차의 차축에 의해 구동되는 교류 발전기를 사용하는 것입니다. 이러한 유형의 코치를 “자체 생성(SG)” 코치라고 합니다.
이러한 SG 코치에서 자기 증폭기 제어 RRU(정류기 겸 조정기 장치)는 초기에 교류기의 AC 출력을 DC로 변환하고 교류기의 계자 전류 조정을 통해 생성된 DC 전압을 조정/제어하는 데 사용됩니다. 이것은 또한 비발전 기간 동안 배터리에서 교류 발전기로 전류의 역류를 방지합니다.
이 정류 및 조정된 DC 전원은 코치 내부의 다양한 전기 장비 및 액세서리를 작동하고 배터리를 충전하는 데 사용됩니다.
110V/120Ah 10 용량의 납축전지는 언더슬렁 박스의 BG(Broad Gauge) 코치에 있는 3개의 셀 모노블록 장치에서 배열됩니다. BG용 비상급전단자함 4개와 MG용 1개는 각 끝벽에 제공되어 발전 실패 시 코치와 인접 코치를 연결하여 전력을 공급받을 수 있습니다.
외부로부터의 배터리 충전을 용이하게 하기 위해 언더 프레임의 양쪽 중앙에 하나의 번호 비상 단자함을 제공합니다. (예를 들어, 철도 교차로 플랫폼에서 열차가 유휴 상태일 때). BG AC 코치의 경우 18kW/25kW 브러시리스 교류 발전기가 사용됩니다. AC-2 Tier /AC-3 Tier / Chair Cars에는 이러한 두 개의 교류 발전기가 사용되며 First AC 코치에는 교류 발전기만 사용됩니다. 10시간 정격에서 800/1100 Ah 용량의 배터리는 BG Coaches의 I AC / AC-2 Tier / AC-3 Tier/의자 차량에 사용됩니다.
인도의 첫 번째 기차는 1883년 4월 16 일 400명을 태우고 Bori Bunder(현재 Mumbai CST로 개명)에서 Thane까지 34km를 여행했지만 M/s가 개척한 차축 구동 발전기를 통해 기차 조명 시스템(TL)을 운행했습니다. J. Stone & Co.는 1930년에야 Indian Railways에 합류했습니다. 평면/’V’ 벨트를 통해 차축에서 구동되는 다이나모/브러시리스 교류 발전기는 기차가 움직일 때 부하를 공급하고 배터리를 충전합니다. 배터리는 열차가 플랫폼과 다른 곳에서 유휴 상태일 때 부하를 공급합니다.
현재 다음과 같은 열차 조명 시스템이 사용 중입니다.
1) 110 V DC 공급에서 작동하는 차축 구동 시스템.
2) 415V, 3상 생성 AC 110V 활용의 중간 생성.
3) 3상 415V 생성 및 AC 110V 사용으로 생성 종료
4) 3상 750V 생성 및 AC 110V 활용으로 생성 종료
제작 중인 모든 코치에는 110V 시스템만 있습니다. 24V 시스템에서 작동하는 코치는 이미 110V 시스템으로 변환되었습니다.
교류 발전기의 다른 정격에 대한 ERRU의 DC 출력 단자의 표준 정격은 다음과 같습니다.
(i) 25kW, 130V, 193A
(ii) 4.5kW 128.5V 35A
ERRU는 객차 하부 프레임에 장착되며 -5도에서 55도 사이의 온도와 98% 상대 습도에서 만족스럽게 작동하도록 설계되었습니다. 또한 서비스 진동 및 분로 충격을 견디기 위해 먼지가 많은 지역에서 작동하도록 설계되었습니다.
동력 전달은 V 벨트를 통해 이루어집니다. 총 12개(양쪽에 6개), 4개 (한 쪽만) C-122 크기는 AC 및 TL 교류 발전기에 각각 제공됩니다. 교류 발전기의 속도는 0에서 2500RPM까지 다양합니다. 코치 휠 직경은 새 것의 경우 915mm이고 완전히 마모된 경우 813mm입니다. 새 휠 직경은 절단 속도 및 최대 출력을 위한 최소 속도(MFO)에 해당하는 열차 속도(km/h)를 계산할 때 고려되어야 합니다. 발전기의 속도.
전자 정류기 겸 조정기 장치(ERRU)(25kW 및 4.5kW)의 출력 특성은 다음과 같습니다.
무부하 DC 출력 전압은 최대 135V이며 다음에서 설정할 수 있습니다. 128 ± 0.5V, 97A(1100 및 650A 배터리용 ) 및 128 ± 0.5, 120Ah 배터리의 경우 19A ), 1500rpm(최소 속도와 최대 속도 사이의 중간), 전압 조정은 ± 2 %, 효율 95%(최소). 전압 리플은 2 %. 부하 변동은 400 rpm ~ 2500 rpm(1100 및 650 Ah 배터리의 경우) 및 350 RPM ~ 2500 rpm(120 Ah 배터리)의 속도에서 10 A ~ 193 A입니다.
고용량 배터리의 경우 15% 과부하 시 전압은 222A에서 120V(최소)이고 전류는 230A(최대)로 제한됩니다. 120Ah 배터리의 경우 40A 과부하 시 전압은 115V(최소)로 설정됩니다.
배터리 충전 전류 제한은 1100Ah 배터리의 경우 220A, 650Ah 배터리의 경우 130A, 120Ah 배터리의 경우 24A입니다(최대). 마지막 두 매개변수는 UVC(Universal Voltage Controller)와 CIP(Coach Indication Panel)에서 설정할 수 있습니다.
4.5kW EERU의 경우 부하 변동은 350RPM ~ 2500rpm에서 1A ~ 37.5A입니다. 40A의 과부하 시 전압은 115V(최소)이고 전류는 43A(최대)로 제한됩니다.
충전 전류가 1100/220 = 5임을 알 수 있습니다. 650/130= 5 및 120/24 = 5. 즉, 이러한 모든 배터리의 충전 전류는 C/5암페어로 제한되며 최대 전압은 128V입니다(즉, 배터리 뱅크의 OCV보다 16% 높음).
전체 코치의 블록 다이어그램에 대한 자세한 내용은 배선은 다음 다이어그램과 Alternator-ERRU 시스템의 블록 다이어그램과 같으며 아래 링크를 참조할 수 있습니다.
트랙션 배터리 충전기
지게차 배터리의 성능과 수명은 견인 배터리 충전기와 사용된 충전 방법의 영향을 받습니다. 지게차 배터리 충전기는 배터리의 전압 및 Ah에 따라 선택해야 합니다.
좋은 지게차 배터리 충전기
- 충전 중 온도 상승을 제한해야 함
- 과도한 과충전 없이 충전기는 적시에 배터리에 전류 공급을 중단해야 합니다.
- 균등 충전 기능이 있어야 합니다(즉, 더 높은 전류에서 충전).
- 위험한 상황의 경우 자동 차단 기능을 제공합니다.
- 마이크로프로세서 또는 PC를 통해 프로그래밍할 수 있어야 합니다.
- 일부 충전기에서는 셀의 얇은 공기 파이프를 통한 공기 교반도 제공됩니다.
충전 전압 범위는 24V ~ 96V입니다.
전류는 250Ah에서 4000Ah 범위의 배터리 용량에 따라 다릅니다.
트랙션 배터리 충전 방법
단일 단계 테이퍼 충전: 충전기는 약 16A/100Ah에서 작동을 시작하고 셀 전압이 상승함에 따라 전류가 테이퍼됩니다. 셀 전압이 2.4V/cell에 도달하면 전류가 8A/100Ah로 감소한 다음 3~4A/100Ah의 종료 속도에 도달합니다. 충전은 타이머에 의해 꺼집니다. 공기 교반 없이 80% 방전된 배터리의 경우 약 11~13시간(Ah 입력 계수 1.20)이 소요될 수 있습니다.
충전시간의 차이는 시동전류의 변화에 의한 것으로 시동전류가 16A/100Ah이면 지속시간이 짧아지고 12A/100Ah이면 지속시간이 길어집니다. 공기 교반 설비를 사용하면 지속 시간이 9~11시간으로 단축됩니다(Ah 입력 계수 1.10).
2단계 테이퍼 충전(CC-CV-CC 모드): 이전 방법보다 개선된 것입니다. 충전기는 32A/100Ah의 더 높은 전류로 시작합니다. 셀 전압이 셀당 2.4V에 도달하면 충전기가 자동으로 테이퍼 모드로 전환되고 전류가 셀당 2.6V에 도달하고 전류가 3~4A/100Ah의 마무리 속도에 도달할 때까지 계속 감소하고 3~4시간 동안 계속됩니다. 시간. 공기 교반 없이 80% 방전된 배터리의 경우 약 8~9시간(Ah 입력 계수 1.20)이 소요될 수 있습니다. 공기 교반 설비를 사용하면 지속 시간이 7~8시간으로 단축됩니다(Ah 입력 계수 1.10).
Gelled VRLA 배터리 충전: (CC-CV-CC 모드):
충전기는 15A/100Ah의 전류로 시작합니다. 셀 전압이 셀당 2.35V에 도달하면 충전기는 자동으로 테이퍼 모드로 전환되고 충전기는 동일한 전압에서 CV 모드로 들어갑니다. 최대 12시간이 소요됩니다. 충전 전류가 1.4A/100Ah의 제한된 값으로 떨어지는 한 CV 단계는 일정하게 유지됩니다. 두 번째 단계는 몇 시간 동안 지속될 수 있으며 최대 4시간입니다. 이 기간은 첫 번째 단계 기간에 따라 다릅니다.
고주파 지게차 배터리 충전기
기존 충전기는 일반적으로 강 공진과 실리콘 제어 정류기(SCR)의 두 가지 유형이 있습니다. 더 저렴하지만 효율성도 떨어집니다.
MOSFET(금속 산화물 반도체 전계 효과 트랜지스터) 및 IGBT(절연 게이트 양극성 트랜지스터)와 같은 고주파 스위칭 전원 장치를 통합한 배터리 충전기는 라인 주파수(수 kHz에서 수백 kHz)보다 훨씬 높은 주파수에서 작동합니다. 대조적으로, MOSFET 및 IGBT는 완전한 온/오프 기능을 갖추고 있어 충전기가 원하는 출력을 생성할 수 있도록 언제든지 정확하게 제어할 수 있습니다. SCR은 제어할 수 없는 끄기가 있는 반쯤 제어되는 장치입니다.
HF 충전기는 스위칭 전원 공급 장치로 작동합니다. 즉, 고주파수(50-170kHz)에서 전자 스위치를 켜고 끕니다.
이 HF 기술의 장점은 다음과 같습니다.
| 고주파 배터리 충전기 | |
|---|---|
| 최대 170kHz 고주파 | 전환 손실이 더 낮음 |
| 향상된 충전 효율(87~95%) | 에너지 절약으로 에너지 비용 절감(최대 20%) |
| AC 리플 전류 감소 | 낮은 온도 상승으로 인한 긴 수명. 수분 손실 감소로 유지 보수 비용 절감 |
| 보편적으로 적응 가능 | Flooded, AGM 및 젤 배터리는 모두 과충전 또는 과충전 없이 충전할 수 있습니다. |
| 더 작은 크기, 더 가벼운 무게 및 더 많은 공간 절약 | 발 공간이 더 작아서 보드에 쉽게 장착할 수 있습니다. |
| 이러한 충전기는 충전 전류가 40~300A인 24V~80V 배터리용 충전기까지 다양한 범위에서 사용할 수 있습니다. | |
지하 광산 배터리 애플리케이션용 배터리 충전기
지하 광산 배터리는 주로 딥 사이클 납산 배터리입니다. 일반적인 전압 범위는 48~440V이고 용량 범위는 700A~1550A입니다.
이러한 배터리를 충전하는 것은 견인 배터리를 충전하는 것과 유사합니다. 배터리는 다음에서 충전됩니다.
2.6V, 100Ah당 21A ~ 17A의 전류, 마지막으로 100Ah당 4.5A의 전류를 마무리 속도로 사용합니다. 6~8시간이면 충전이 완료됩니다.
배터리는 IS 5154:2013 Part 1(IEC 60254-2006)을 준수합니다.
해양 배터리 충전기
선박용 배터리는 두 가지 유형으로 분류할 수 있습니다. 스타터 배터리는 플레이트가 더 얇으며 짧은 시간 동안 많은 양의 전력을 공급할 수 있습니다. 다른 유형은 전자 액세서리, 트롤링 모터 및 온보드 전기 및 전자 제품과 같은 기타 해양 애플리케이션에 사용되는 딥 사이클 배터리입니다. 또한 이중 기능 배터리는 SLI 배터리와 딥 사이클 배터리의 역할을 모두 수행합니다. 특정 배터리에는 특정 충전기가 사용됩니다. CC-CV 모드는 VR 납산 배터리에서 사용해야 합니다.
최대 4개의 배터리를 동시에 충전할 수 있는 충전기도 있습니다. 모든 유형의 해양 배터리, VR 배터리(AGM 및 겔화 배터리 모두) 및 유지 관리가 적은 침수 배터리를 충전할 수 있습니다.
배터리와 충전기는 보트에서 사용되기 때문에 건조한 상태를 유지하고 통풍이 잘 되도록 해야 합니다. 또한 방수, 충격 방지 및 진동 방지 기능이 있어야 하며 필요한 경우 완전히 밀봉되어야 합니다. 또한 충전기에 역극성 보호 기능과 스파크 방지 기능이 있는지 확인해야 합니다.
태양광 애플리케이션용 배터리 충전기
일사량의 변화로 인해 SPV 패널의 출력이 변동합니다. 그 결과 SPV 패널과 배터리 사이에 디지털 최대 전력점 추적기(MPPT)가 연결되어 안심하고 충전할 수 있습니다. MPPT는 태양열 어레이(PV 패널)와 배터리 뱅크 간의 일치를 최적화하도록 설계된 전자 DC-DC 변환기입니다. 태양 전지판의 DC 출력을 감지하여 고주파 AC로 변경하고 배터리의 전력 요구 사항과 정확히 일치하도록 다른 DC 전압 및 전류로 단계를 낮춥니다. MPPT의 이점은 아래에 설명되어 있습니다.
대부분의 PV 패널은 SPV 패널의 공칭 정격 전압이 12V인 경우에도 16~18V의 출력용으로 제작됩니다. 그러나 공칭 12V 배터리의 실제 전압 범위는 11.5~12.5V(OCV)일 수 있습니다. 충전 상태(SOC). 충전 조건에서 추가 전압 구성 요소가 배터리에 전달되어야 합니다. 일반 충전 컨트롤러에서 SPV 패널에서 생성된 추가 전력은 열로 소산되는 반면 MPPT는 배터리 요구 사항을 감지하고 SPV 패널에서 더 높은 전력이 생성되는 경우 더 높은 전력을 제공합니다. 따라서 MPPT를 사용하여 낭비, 과소충전 및 과충전을 방지합니다.
온도는 SPV 패널의 성능에 영향을 미칩니다. 온도가 상승하면 SPV 패널의 효율이 감소합니다. (참고: SPV 패널이 더 높은 온도에 노출되면 SPV 패널에서 생성되는 전류는 증가하고 전압은 감소합니다. 전압 감소가 전류 증가보다 빠르기 때문에 SPV 패널의 효율이 감소합니다.) 반대로 낮은 온도에서는 효율이 증가합니다. 표준 테스트 조건( STC )의 온도인 25°C보다 낮은 온도에서는 효율이 증가합니다. 그러나 효율성은 장기적으로 균형을 이룰 것입니다.
