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Carregador de bateria - carregando uma bateria de chumbo-ácido

Uma bateria pode ser definida como um dispositivo eletroquímico que pode converter energia química dentro de seus materiais ativos em energia elétrica. Se a reação que leva a essa conversão de uma forma de energia em outra é reversível, então temos uma célula recarregável ou secundária ou de armazenamento. Tais células podem ser recarregadas repetidamente após cada descarga para inverter a direcção da reacção. Para que uma bateria tenha a vida útil pretendida, ela deve receber carga adequada sempre que necessário.

Aquelas células com reacções irreversíveis são chamadas células primárias.
Uma bateria de chumbo-ácido consiste em eletrodos positivos e negativos separados por filmes isolantes chamados separadores. Uma solução diluída de ácido sulfúrico é utilizada como electrólito. O material activo positivo é o dióxido de chumbo (PbO2) e o material activo negativo é o chumbo.
Antes de nos aprofundarmos nos detalhes do Carregador de Bateria, é necessário compreender brevemente alguns assuntos relacionados com as pilhas.

Ampere é a unidade de corrente (que é definida como um fluxo contínuo de elétrons). Quando uma coulomb (ou um ampere-segundo) passa de um ponto em um segundo, a corrente é definida como 1 ampere.

A tensão pode ser tomada como força motriz para que os elétrons fluam em um condutor eletrônico e a unidade é volts. Quando 1 ampere-segundo tem 1 joule de energia, dizemos que tem 1 volts de diferença de potencial eléctrico.

Estes dois termos podem ser comparados ao reservatório de água suspenso de um edifício. Quanto maior for a altura do tanque de água, maior será a força com que a água irá fluir. Da mesma forma, quanto maior for o diâmetro da tubulação que transporta a água do tanque para os pontos do usuário, maior será o volume de água que o usuário recebe. A água que flui na tubulação pode ser comparada com a taxa de fluxo da água.

Ampere hora (Ah ) é a quantidade de electricidade, e é um produto da corrente e do tempo.
1 Ah = 1 A *1 hora.
Watts (W) é potência, e é um produto de corrente e volts. As unidades superiores são kW (= 1000 W).

mega watts, MW (=1000 kW) e Giga watts, GW (um bilhão de W (1.000.000.000.000 Watts).1 W = 1 A * 1 V= VA.

Energia (Wh) é a quantidade de energia fornecida em unidades de tempo. As unidades superiores são kWh (= 1000 Wh)

megawatt-hora, MWh (= 1000 kWh) e Giga Watt-hora, GWh (=(um bilhão de Wh (1.000.000.000 Watt-hora).

As unidades GW são usadas para se referir à saída de grandes centrais eléctricas. GWh é usado para se referir à capacidade de produção das indústrias de baterias de grandes veículos eléctricos (EV) e sistemas de armazenamento de baterias de grande capacidade Wh = 1 W* 1 h = 1 Wh
Em linguagem de bateria, pode-se dizer que uma bateria possui 1200 Wh (ou 1,2 kWh) se a sua voltagem é 12 e a sua capacidade em Ah é 100.
12 V * 100 Ah = 1200 Wh ou 1,2 kWh.

A energia fornecida pela massa da unidade de uma bateria é denominada energia específica e a unidade é W por kg.
Potênciaespecífica= W/kg e kW/kg.
Da mesma forma, a energia fornecida por unidade de massa de uma bateria é denominada energia específica e a unidade é Wh por kg.
Energia específica = Wh / kg e kWh / kg. (Também escrito como Wh kg-1)
Da mesma forma, a energia fornecida por unidade de volume de uma bateria é denominada densidade de energia e a unidade é W por litro.
Densidade de potência = W / litro e kW / litro.
A energia fornecida por unidade de volume de uma bateria é denominada densidade de energia e a unidade é Wh por litro.
1 W = 1 J por segundo

Densidade energética = Wh / litro e kWh / litro. (Também escrito como W L-1 ou W l-1)

A reacção de carga de descarga de uma célula de chumbo-ácido é

Pb (NP) + PbO2 (PP) + 2H2SO4 Descarga ⇔ Carga PbSO4 (PP) + PbSO4 (NP) + 2H2O (Perto de PP)

Nota: NP = placa negativa=ânodo durante a descarga=doador de elétrons durante a descarga. PP = placa positiva = catódico durante a descarga = aceitador de elétrons durante a descarga

Os papéis dos eletrodos serão invertidos durante uma carga; o ânodo se comportará como um cátodo e vice-versa. O aceitador de electrões irá agora libertar electrões e o doador irá recebê-los.

O termo energia livre de termodinâmica é uma medida do trabalho que pode ser extraída de um sistema. No caso da célula galvânica, o trabalho elétrico é feito através do movimento de partículas carregadas devido à interação química entre os reagentes para produzir os resultantes (produtos).

Por isso, a energia é dada em termos de ΔGA energia livre do Gibb, que representa a quantidade máxima de energia química que pode ser extraída dos processos de conversão de energia.

Se
E
é a emf (força ou tensão eletromotiva ou potencial) da célula e o processo que está ocorrendo (ou seja uma descarga de uma célula de chumbo-ácido), está associada a uma passagem de
n
Faraday (
F
) por toupeira de reagentes de um eléctrodo para o outro, então o trabalho eléctrico feito pela célula é dado como
nFE
. O correspondente aumento de energia livre é igual ao trabalho elétrico feito no sistema. Daí,

ΔG = nFE ou

ΔG = -nFE ou

-ΔG° = nFE°

(sob condições padrão; E° refere-se ao potencial do eletrodo padrão ou à tensão da célula padrão).

equação de Gibbs

(O que se entende por condições padrão?: 25°C ou Celsius (298,1°K ou Kelvin), pressão de 1 bar, e a atividade (que pode ser tomada como valor de concentração, aproximadamente) da espécie reagente, Pb2+, é uma).

Esta equação é chamada a
A equação de Gibbs.

A equação de Gibbs liga a voltagem da célula à mudança da energia livre (DG). Se a reacção ocorrer espontaneamente (por exemplo, uma descarga de uma célula de chumbo-ácido),ΔG é negativo (a energia é libertada) e emf é positivo, ou seja, uma carga de nF fluirá espontaneamente na direcção assumida na reacção celular.

Por outro lado, seΔG for positivo, permite ao sistema realizar o fenômeno da eletrólise (isto é, durante uma carga de célula de chumbo-ácido).

FME de uma célula

O emf da célula é um
propriedade termodinâmica intensa
ou seja, independentemente da massa dos reagentes e do tamanho da célula. A propriedade intensiva (em oposição à
propriedade extensiva
) não depende da massa dos reagentes e, portanto, do tamanho da bateria. Quer tenha alguns miligramas ou alguns quilos do material, o sistema apresentará a mesma tensão e não pode ser aumentada através do aumento da massa do material. O potencial individual do eletrodo é uma propriedade eletroquímica inerente a esse material de eletrodo, e não se pode alterar o seu valor em condições semelhantes.

Exemplos de propriedades intensivas são a tensão dos eléctrodos e células; por outro lado, a
propriedade extensiva
depende da quantidade de substância, por exemplo, massa, volume, energia, ampere hora e watt hora. Assim, 4,5 gramas de material ativo de dióxido de chumbo em uma célula de chumbo-ácido dará uma ampere hora (Ah) teoricamente, mas se você tiver 45 gramas, ele dará dez vezes o Ah. Portanto, é uma propriedade extensa; em ambos os casos o potencial do eletrodo será o mesmo, ou seja, 1,69 V. Argumentos semelhantes podem ser apresentados para materiais ativos de chumbo e ácido sulfúrico.

O potencial da célula padrão (E°) está relacionado com a mudança de energia livre padrão (DG°), como indicado acima.

O emf de uma célula de chumbo-ácido pode ser determinado a partir da expressão

ΣΔGº ƒ de produtos – ΣΔGº ƒ de reagentes

Onde ΔG°ƒ se refere à energia livre padrão de formação das espécies reagentes.

Energia padrão de formação livre

Tabela 1

Energia padrão de formação livre, ΔG°ƒ de espécies químicas que participam da reação celular

(Hans Bode, Lead-Acid Batteries, John Wiley, New York, 1977, Apêndice IV, p. 366.)

Reatantes/Produtos Valor numérico (k cal mole-1 )
PbO2 -52.34
Pb 0
H2SO4 -177.34
PbSO4 -193.8
H2O -56.69

A reação geral é escrita como

Pb + PbO2 + 2H2SO4 2PbSO4 + 2H2O E° = 2,04 V.

ΔG° = ΣΔGº ƒ de produtos – ΣΔGº ƒ de reagentes

Substituindo os respectivos valores de (que obtemos, por exemplo, dos Livros de Texto Padrão [1 ].Hans Bode, Lead-Acid Batteries, John Wiley, New York, 1977, Apêndice IV, p. 366].

= [2(−193.89) + 2(−56.69)] [0 (−52.34) + 2(−177.34)]

= -94,14 kcal toupeira

1

= -94,14 kcal toupeira

1 × 4,184 kJ toupeira

1 (para converter kcal para kJ multiplicar por 4,184 )

= -393,88 kJ por toupeira

E° = -ΔG°/nF

=−(−393.88 × 1000)/2 × 96485

= 2,04 V para uma célula de chumbo-ácido

A voltagem padrão de uma célula de chumbo-ácido é de 2,04 V

e a reacção global ou total de uma célula de chumbo-ácido é escrita como:

Pb + PbO2 + 2H2SO4 Discharge⇔Charge PbSO4 (PP) + PbSO4 (NP) + 2H2O (Quase PP)

Antes de entrarmos nos detalhes de carga e descarga de uma célula de chumbo-ácido, devemos ter algum conhecimento de certos termos usados na Electroquímica.

Nós já sabemos o significado das condições padrão.

Quando perturbamos a reacção celular (seja na direcção da frente ou na direcção inversa), dizemos que a célula está em estado perturbado e não em condições de equilíbrio.

Sempre que um sistema eletroquímico for perturbado, haverá sempre uma diferença em relação ao potencial padrão. Assim, se uma célula de chumbo-ácido é forçada no sentido da descarga, a tensão da célula diminui num determinado valor, o que depende da magnitude da corrente. Quanto maior o valor atual, maior será o desvio em relação ao valor padrão.

Agora a voltagem da célula será

EDisch = E° – δV.

O valor deEDisch será menor do que o de E°.

Pelo contrário, se a célula for forçada no sentido inverso (isto é, modo de carga), a tensão da célula aumentará num certo valor que depende novamente da magnitude da corrente.

ECh = E° + δV.

O valor de δV é chamado de
sobretensão ou sobrepotencial
e é denotado pelo
símbolo η
.

O valor de δV será negativo para uma reação de descarga e positivo para uma reação de carga.

Este fenómeno de morte ou aumento da tensão da célula é chamado
polarização
e diz-se que os eléctrodos estão num estado polarizado.

Então, reescrevemos as equações como se segue:

EDisch = E° – η.

ECh = E° + η.

Assim se vê que durante uma descarga

EDisch < E° e

Durante uma cobrança

ECh > E°.

Quais são as razões para este desvio de tensão?

Há algumas causas para este desvio:

  1. Perda devido a resistências internas (IR)(ηohmic)
  2. Polarização de ativação devido à transferência de carga nos dois eletrodos durante o início do processoηt.
  3. Polarização da concentração devido ao esgotamento do eletrólito e de outras espécies participantes(ηc).

As perdas devidas à polarização IR podem ser mitigadas usando coletores de corrente de eletrodos e eletrólitos com melhores condutividades. Um separador com uma resistência inferior também ajudará.

A polarização de ativação está relacionada com a transferência de portadores de carga através dos limites de fase do eletrodo e este processo é designado como reação de transferência. A sobretensão de transferência devido às reacções de transferência de carga nos dois eléctrodos pode ser muito reduzida nos eléctrodos de bateria por ter uma estrutura porosa compatível. Esta última aumenta a superfície interna real (superfície BET, que inclui as áreas de poros, fendas e fissuras) em oposição à superfície aparente obtida pela multiplicação das dimensões, comprimento e largura) disponível para as reacções.

Densidade atual

Isto, por sua vez, reduz a densidade da corrente (ou seja, ampere por cm quadrados). Assim, uma placa com uma porosidade agregada de 40 % levará a maiores perdas devido à polarização de ativação do que uma com 50 % de porosidade.

Polarização da concentração(ηc) será mais se os produtos de reacção (sulfato de chumbo e moléculas de água, no caso de uma célula de chumbo-ácido) não forem transferidos para longe das superfícies dos eléctrodos para dar lugar a reagentes frescos (por exemplo, iões de chumbo dos eléctrodos e iões de sulfato do electrólito, no caso de uma célula de chumbo-ácido). ηc será mais pronunciada no final de uma reacção de descarga. Dentro de uma célula, o transporte de íons é feito por difusão e por migração.

A difusão é causada pelas diferenças de concentração, enquanto que a migração é causada pelas forças do campo eléctrico.

A difusão pode ocorrer na maior parte do eletrólito ou no separador: como os íons são gerados em um eletrodo e são consumidos no outro eletrodo, os íons têm que se mover entre os eletrodos.

Também ocorre nos eléctrodos porosos à medida que a reacção electroquímica prossegue. Os produtos de reacção podem mover-se dentro da massa activa até à sua localização final por difusão.

A parte da corrente total que é transportada pelas espécies iônicas particulares (partículas carregadas) por migração é uma função do seu número de transferência. Em um eletrólito binário, dissociado em cátions e ânions, os números de transferência são relacionados pela equação

ɩC +ɩA= 1,

ondeɩC +ɩA indica o número de transporte de cátions e ânions.

Os números de transferência dependem da concentração dos iões e da temperatura. Em soluções binárias de sal estão quase a 0,5. Assim, ambas as espécies iônicas compartilham igualmente a condutividade iônica.

Desvios significativos ocorrem em ácidos e álcalis fortes devido à maior mobilidade iônica dos prótons (H+) e íons hidroxila (OH-). Os valores para o ácido sulfúrico electrolítico da bateria (dissociado em H+ e HSO2-4) e hidróxido de potássio (dissociado em K+ e OH-) são indicados abaixo. 4

ιH+ = 0,9; ɩHSO4
2-
= 0,1;ιK+ = 0,22; ιOH-= 0,78

O número de transferência é uma medida de quanto a concentração do íon em particular é influenciada pela migração devido ao fluxo de corrente. Um valor menor é indicativo de menor influência nos processos de migração e um valor maior indica maior influência no processo de migração.

2. D. Berndt, em Battery Technology Handbook, Ed. H.A. Kiehne, Segunda Edição, 2003, Marcel Dekker, Inc., New York, Tabela 1.2.
3. J S Newman. Sistemas Electroquímicos. Falésias de Englewood: Prentice-Hall, 1991, p 255.
4. S U Falk, A J Salkind. Baterias de armazenamento alcalinas. Nova lorque: John Wiley & Sons, 1969, p 598.

Para que fique claro, temos de compreender como está a decorrer a reacção de descarga. Assim que os terminais da bateria são conectados ao aparelho consumidor, os elétrons começam a fluir da placa negativa para o terminal positivo através do circuito externo. Dentro da célula, é o dever das partículas carregadas cuidar do fluxo de corrente. As partículas carregadas são prótons (H+) e íons bissulfato (HSO¯4 ).

Durante uma descarga, iões HSO¯4 negativos (neste caso, os iões bissulfato do ácido sulfúrico electrolítico que se dissociam como H+ e HSO¯4 ) deslocam-se em direcção à placa negativa. Estes íons negativos são combinados com o material ativo, Pb, produzindo, sulfato de chumbo, PbSO4. A reação também produz um íon de hidrogênio com carga positiva chamado próton) que migra para longe. Os dois elétrons liberados como resultado da reação anódica do material ativo chumbo, alcançam o terminal positivo através do circuito externo.

Placa negativa ou reação negativa de meia célula: Pb + HSO¯4 ⇄ Pb2+ + SO42- +H+ + 2e- E°= -0.35 V

Os íons de chumbo bivalentes e íons sulfato se combinam imediatamente para formar sulfato de chumbo e se depositam na placa negativa como sulfato de chumbo.

Até agora, temos visto a imagem das reacções negativas da placa.

Agora vamos ver o que acontece simultaneamente na placa positiva.

Os elétrons da placa negativa, após alcançarem o terminal positivo, reagem com o marcial ativo positivo, PbO2, para formar sulfato de chumbo e duas moléculas de água.

Placa positiva ou reação positiva de meia célula: PbO2 + 3H+ + HSO¯4 + 2e- ⇄ Pb2+ + SO4 2- + 2H2O E° = 1,69 V

Os íons chumbo bivalente (Pb2+) e íons sulfato ( ) se combinam imediatamente para formar sulfato de chumbo e se depositarem na placa positiva como sulfato de chumbo.

Dissolução-deposição ou mecanismo de dissolução-precipitação

Este tipo de reacção, onde o chumbo e o dióxido de chumbo se dissolvem como iões de chumbo e são imediatamente depositados como sulfato de chumbo nos respectivos eléctrodos, está a acontecer através de um
mecanismo de dissolução-deposição ou de dissolução-precipitação.

Agora, ao combinar as duas reacções de meia célula, temos

Placa negativa ou reacção negativa de meia-célula: Pb + HSO¯4 ⇄ Pb2+ + SO42- +H+ + 2e-

Placa positiva ou reacção positiva de meia-célula: PbO2 + 3H+ + HSO¯4 + 2e- ⇄ Pb2+ + SO42- + 2H2O

No geral ou a reação total: Pb + PbO2 + 2H2SO4 Discharge⇔Charge 2PbSO4 + 2H2O

Esta teoria da reação foi proposta por Gladstone e Tribe em 1881, mas a célula chumbo-ácida foi inventada em 1859 por Raymond Gaston Planté, físico francês.

J.H. Gladstone e A. Tribe, Chemistry of the Planté and Fauré Accumulators,
Natureza
, 25 (1881) 221 & 461.

J.H. Gladstone e A. Tribe, Chemistry of the Planté and Fauré Accumulators, Nature, 26 (1882) 251, 342 & 602; 27 (1883) 583

A reação de descarga continuará até que cerca da metade dos materiais ativos seja convertida em sulfato de chumbo para uma taxa lenta de descarga, como taxas de 20 ou 10 horas. Nesta altura, a resistividade dos materiais activos teria aumentado de tal forma que uma maior descarga resultaria numa queda muito rápida da tensão da célula. Normalmente, não é permitido que a tensão da célula seja inferior a 1,75 V por célula.

Descargas profundas além de 80 % de profundidade de descarga (DOD) tornarão a recarga subsequente mais difícil.

Assim que o chumbo se dissolve como íons de chumbo durante a reação de descarga, ele se combina com os íons sulfato e se deposita na placa negativa. Os íons de chumbo ou molécula de sulfato de chumbo não se afastam muito da placa negativa. Isto porque a solubilidade do sulfato de chumbo em soluções diluídas de ácido sulfúrico é muito baixa. É da ordem de mais de 1 mg por litro, a deposição de íons de chumbo bivalente ao sulfato de chumbo será mais rápida em locais onde há altas concentrações de eletrólito. medida que a descarga avança, a solubilidade do sulfato de chumbo no electrólito aumenta até 4 mg por litro.

Isto porque o ácido se torna mais diluído por causa de mais descarga e em tais ácidos diluídos, a solubilidade do sulfato de chumbo é maior, até 4 mg por litro.
O sulfato de chumbo assim depositado continuará a crescer até vários tamanhos de cristais, tanto na superfície como em fendas e fendas. . O filme será descontínuo em estrutura. Durante um processo lento de descarga, esta forma descontínua de estrutura de sulfato de chumbo ajuda as porções internas dos materiais ativos a participar da reação, pois proporciona uma estrutura aberta que facilita a entrada fácil de íons. Portanto, o processo de descarga pode prosseguir profundamente no interior da placa.

Pelo contrário, em altas taxas de descargas, a superfície é bloqueada pelo produto de descarga, PbSO4, que forma uma estrutura contínua sem nenhuma ruptura. Assim, outras reacções nos interiores das placas são dificultadas e é por isso que não podemos obter a capacidade esperada com taxas de descarga mais elevadas.

Carregamento de baterias de chumbo-ácido

Durante uma reacção de carga, ocorre o fenómeno inverso, o fluxo de corrente é invertido e a oxidação leva
colocar no eléctrodo positivo e redução no negativo.

Tabela 2

Características dos dois eléctrodos durante a carga e descarga

eletrodoeletrodo Descarregando Cobrando
Placa Negativa Chumbo poroso (esponjoso)
Ânodo
Desiste de 2 elétrons
Pb -2e- → Pb2+
A tensão diminui (torna-se menos positiva).
Convertido para PbSO4
~ 40 % Pb + ~60% PbSO4
Cátodo
Absorve 2 elétrons
Pb2 + em PbSO4 ocupa 2 elétrons
A tensão diminui (torna-se mais negativa)
Recuperado para metal Pb
H2 evoluiu durante a sobrecarga
Placa Positiva Dióxido de chumbo poroso
Cátodo
Absorve 2 elétrons
Pb4+ (de PbO2) + 2e- → Pb2+
A tensão decresce (torna-se menos positiva).
Convertido para PbSO4
~ 50 % PbO2 + ~ 50 % PbSO4
Ânodo
Libera 2 elétrons
Pb2+ em PbSO4 torna-se PbO2
Reconvertido para PbO2
Aumento de voltagem
O2 evoluiu durante a sobrecarga

Figura 1
Alteração dos valores de potencial para célula de chumbo-ácido durante as reacções de carga e descarga
A tensão da célula é uma combinação de dois valores em qualquer fase do funcionamento de uma célula galvânica
Assim
Tensão da célula = Potencial positivo do eletrodo – Potencial negativo do eletrodo
Portanto
Tensão de circuito aberto ou tensão de equilíbrio da célula de chumbo-ácido = 1,69 – (-0,35) = 2,04 V
No final ou próximo do final de uma descarga, a tensão da célula, EDisch = 1,50 – (- 0,20) = 1,70 V
No final ou próximo do final de uma carga, a tensão da célula, ECh = 2,05 – (-0,65) = 2,70 V

Change-value-of-potential.jpg

Carregador de bateria - Coeficiente de carga

As baterias recarregáveis precisam ser carregadas para recuperar a capacidade Ah gasta na descarga anterior.

A quantidade de Ah necessária para levar a bateria ao estado anterior de carga completa em comparação com a saída anterior será de 10 a 15 % a mais. Esta relação de entrada de carga para a saída anterior é chamada coeficiente de carga

Coeficiente de Carga = Entrada Ah / Saída anterior Ah = ~ 1,1 a 1,2.

Ou seja, cerca de 10 a 20 % a mais de Ah devem ser colocados para compensar as reacções secundárias, que são constituídas pelas reacções de sobrecarga por divisão da água e reacções de corrosão da rede. Além disso, uma pequena parte será perdida devido à resistência interna.

Carregador de bateria - Eficiência de carga da bateria de chumbo-ácido

Eficiência em Ampere hora

(Eficiência emampere-hora ou coulombic e eficiência energética ou watt-hora)

A partir dos argumentos anteriores, pode-se ver que temos de definir o que é chamado de “charging efficiency”.

Eficiência em Ampere hora

O padrão indiano IS 1651 descreve o procedimento de teste da seguinte forma:

  1. Uma bateria totalmente carregada deve ser submetida a uma descarga a uma velocidade de dez horas até uma tensão final de 1,85 volts por célula.
  2. A saída exata de Ah deve ser calculada.
  3. A bateria é agora recarregada com o mesmo número de ampere-hora na mesma corrente.
  4. A bateria está agora sujeita a uma segunda descarga, como antes.
  5. A eficiência Ah (Coulombic) = ηAh = Ah entregue durante a segunda descarga / A entrada Ah.

Eficiência energética ou watt-hora

A eficiência watt-hora deve ser calculada multiplicando a eficiência ampere-hora obtida como descrito acima pela razão entre a tensão média de descarga e a tensão de recarga.

Eficiência energética ou watt hora =ηWh =ηAh * (tensão média de descarga / tensão média de carga)

A eficiência de ampere hora (ou coulombic) de carga da célula de chumbo-ácido no caso de uma entrada igual a 100% da descarga anterior à mesma taxa é quase igual a 95% e a eficiência de energia ou watt hora é de cerca de 85-90%. Os padrões indianos (IS 1651) também especificam uma eficiência de ampere-hora mínima de 90% e uma eficiência de watt-hora mínima de 75%.

A eficiência da carga é limitada pela placa positiva e não pela negativa. Quando cerca de três quartos do sulfato de chumbo no eletrodo positivo foi convertido de volta em dióxido de chumbo e a água não pode se difundir suficientemente rápido na estrutura porosa da placa interna, reações secundárias como a evolução do oxigênio ocorrem. Durante algum tempo, a corrente de carga é distribuída entre o processo primário de conversão de PbSO4 em PbO2 e as reacções de sobrecarga secundárias. Se a carga continuar por um tempo suficientemente longo para que quase todo o sulfato de chumbo tenha sido convertido em dióxido de chumbo, toda a corrente de carga vai para as reacções secundárias.

Carregamento Tensão de um carregador de bateria

Como explicado anteriormente

ECh > E°.

Portanto, temos de fornecer um pouco mais de voltagem para facilitar esta reacção. Normalmente, um bom carregador será projetado com uma fonte de tensão suficientemente alta para carregar. É uma boa regra geral que para uma célula de 2 V é necessário fornecer pelo menos 3 V para que a célula possa atingir carga total atingindo uma tensão de 2,7 V por célula. Mas devemos levar em consideração as perdas no cabo, etc.

Assim, para uma bateria de 12 V, o carregador de bateria deve fornecer pelo menos 18 a 20 V.

Se esta tensão for reduzida para menos de 15 V, então a bateria não pode atingir o estado de carga completa.

Durante uma recarga: 2PbSO4 + 2H2O → PbO2 + Pb + 2H2SO4
O sulfato de chumbo em ambos os eletrodos se dissolve como íons de chumbo e é imediatamente depositado como chumbo na placa negativa e como PbO2 no eletrodo positivo.

Na placa positiva

PbSO4 + 2H2O → PbO2 + 4H+ +SO4 ²- + 2e-

Os elétrons viajam para a placa negativa para uma reação posterior.

Na placa negativa

PbSO4 + 2e- → Pb +SO4 ²-

Como os íons sulfato são reproduzidos em ambas as placas, eles se combinam com os prótons para formar ácido sulfúrico e assim a gravidade específica do eletrólito aumenta.

Gaseificação com bateria

Até agora, vimos apenas as reacções úteis durante o processo de carregamento. Mas há algumas reacções laterais ou secundárias que ocorrem nos períodos de sobrecarga. As duas principais reacções secundárias ou laterais são:

  1. Eletrólise da água e
  2. Corrosão das grelhas positivas

Estas reacções podem ser representadas da seguinte forma:

Eletrólise da água

2H2O → O2 ↑ + 2H2 ↑ (Em ambas as placas de células eletrolíticas de chumbo-ácido em excesso inundadas)

O oxigênio da placa positiva e o hidrogênio das placas negativas evoluem e são ventilados para a atmosfera através dos orifícios do bujão de ventilação.

Mas em uma célula de bateria de chumbo ácido regulada por válvula (VRLA), o oxigênio evolui, mas não o hidrogênio. O oxigénio assim evoluído também não é libertado, mas difunde-se através dos vazios disponíveis no separador do tapete de vidro absorvente (AGM) e reage com o material activo negativo para regenerar as moléculas de água. Este é o passo que torna possível que a célula VRLA prospere sem encher com água.

2H2O → O2 + 4H+ + 4e – Na placa positiva de células com electrólito esfarrapado ou VRLA

Corrosão de grades positivas em uma bateria de chumbo ácido

Em ambos os tipos de células de chumbo-ácido, a corrosão positiva da grade ocorre da mesma forma:

Corrosão da rede: Pb + 2H2O → PbO2 + 4H+ + 4e-

Se um eléctrodo de platina é feito de um cátodo, o hidrogénio evolui quase ao nível do cátodo reversível

potencial de hidrogênio da solução. Com outros eléctrodos, por exemplo, chumbo, é necessário um potencial mais negativo

para que esta reacção ocorra.

Até a voltagem da célula atingir o valor de 2,3 V, a gaseificação é insignificante. Mas a gaseificação começa a 2,4 V por célula. Além de 2,4 V, a gaseificação é maior e, portanto, a eficiência da carga será reduzida. A 2,5 V, a gaseificação será copiosa, e a temperatura do eletrólito da bateria começará a subir. Agora há gaseamento suficiente para proporcionar agitação do eletrólito e a gravidade específica começa a se igualar. Quando a bateria estiver ociosa, a gravidade específica do eletrólito será um pouco mais alta na parte inferior do que no nível superior. Isto é agravado se as células forem mais altas.

A bateria de chumbo-ácido pode ser carregada de qualquer forma que não conduza a uma gaseificação excessiva, alta temperatura e muito alta voltagem nos terminais. Uma bateria totalmente descarregada pode absorver uma alta taxa de carga no início do carregamento sem gaseamento e qualquer aumento apreciável de tensão e temperatura.

Em algum momento do processo de carga, quando quase todo o sulfato de chumbo foi convertido em dióxido de chumbo na placa positiva, as reações secundárias predominam. Estes são a reacção de electrólise da água e a corrosão positiva da grelha, como já foi referido anteriormente.

Essa corrosão positiva da grelha começa logo a partir da fase de formação (ou no caso da formação do frasco) a partir da primeira carga. Esta corrosão é o aspecto mais inimigo da vida útil da bateria de chumbo-ácido. Como a corrosão da grelha positiva ocorre sempre que a célula entra na região de sobrecarga, uma parte da estrutura da grelha é convertida em dióxido de chumbo e assim o peso da grelha desce um pouco a cada período de corrosão. Em última análise, será atingido um estágio em que os elétrons dos locais de reação nas grades não poderão viajar até o barramento do ônibus, devido à indisponibilidade de uma estrutura de grade contínua.

Como consequência, uma parte do material activo não pode participar no processo de produção de energia e a capacidade diminui, levando ao fim da vida útil da bateria.

Os fabricantes de células de chumbo-ácido tentam mitigar este problema através da inclusão de elementos de liga que aumentam a resistência à corrosão das ligas de chumbo. Alguns desses componentes de liga são arsênico (As) e prata (Ag) em porcentagens fracionárias. Como regra, a quantidade de As será de cerca de 0,2% e Ag de cerca de 0,03 a 0,05% nas ligas positivas.

Carregador de bateria - significado de aceitação de corrente

A aceitação actual é ditada pelo design da célula. Por exemplo, uma bateria Ah semelhante montada com um maior número de placas (ou seja, as placas serão mais finas), pode aceitar uma corrente de carga mais elevada devido à maior área de superfície. Para procedimentos detalhados para medir a eficiência da carga das placas individuais, os leitores são encaminhados para um artigo de K. Peters. [8]

A aceitação de carga da placa negativa é maior que a da placa positiva (ver figura 1), o que se deve principalmente à sua estrutura mais grosseira, mais aberta e porosa que admite facilmente a difusão de ácido no interior da placa. O positivo começa a ficar sobrecarregado a 70-80% SOC, dependendo de vários factores de design. Alguns fatores internos do projeto paramétrico são a estrutura dos poros, a verdadeira área de superfície, etc. Outros parâmetros externos são a corrente de carga em amperes, a temperatura do electrólito, etc.

A carga-aceitação da placa negativa é maior e entra na região de sobrecarga em período comparativamente posterior, 90% SOC [8. K. Peters, A.I. Harrison, W.H. Durant, Power Sources 2. Research and Development in Non-mechanical Electrochemical Power Sources, Pergamon Press, New York, USA, 1970, pp. 1-16].

[9. A.M. Hardman, Journal of Power Sources Vol. 23, Ano 1988, pág. 128].

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Em algum momento, entretanto, as reações secundárias começam no eletrodo negativo, principalmente a redução do íon de hidrogênio (próton) ao hidrogênio gasoso por simples transferência de elétrons (ocorrendo em potenciais muito inferiores a -350 mV que é o potencial reversível da placa negativa, valor E°), em cerca de -0,6 a 0,95 V:

2H+ + 2e- → H2 ↑

Uma dessas importantes impurezas acumuladas na placa negativa é o antimônio (Sb), que é depositado devido ao fenômeno chamado antimônio-migração em células contendo uma quantidade relativamente maior de antimônio nas grades. Embora o antimônio seja um componente essencial da liga da grade para a maioria das células de chumbo-ácido, ele tem um impacto negativo sobre o desempenho da célula.

Durante a fase de corrosão da carga (no final de cada ciclo de carga), a grelha positiva fica sob ataque anódico e o antimónio passa para a solução como iões Sb5+, uma porção dos quais é absorvida pelo material activo positivo onde promove a auto-descarga devido à formação de células locais. O restante do antimônio tão dissolvido é depositado como Sb3+ na superfície do cátodo (a superfície negativa da placa) (“migração do antimônio”)e devido ao seu menor potencial de hidrogênio sobre o chumbo, causa uma evolução prematura do hidrogênio. Mais tarde, durante períodos copiosos de evolução do gás, o antimônio pode, em condições favoráveis, ser liberado em certa medida como gás stibine (SbH3), quando combinado com prótons.

Em condições favoráveis, uma reação semelhante com arsênico (As) também pode ocorrer liberando arsina (AsH3), que é um gás venenoso. Portanto, este componente de liga é naturalmente evitado onde as células são utilizadas em ambientes fechados, tais como um submarino.

Termodinamicamente, isto ocorre com um potencial inferior à reacção de carga primária mas, tal como acontece com a geração de oxigénio no eléctrodo positivo, o sobrepotencial de geração de hidrogénio no eléctrodo de chumbo é relativamente grande (cerca de -0,650 V), pelo que a recarga pode ser completada em grande parte antes de a evolução do hidrogénio começar por completo.

Estes gases são ventilados a partir da célula através dos orifícios do bujão de ventilação. Ambas as placas são afectadas por efeitos de impureza no sobrepotencial, pelo que não é possível uma recarga perfeitamente eficiente de ambas as placas. Por exemplo, se você combinar o potencial de reação de evolução do oxigênio com o da evolução do hidrogênio, nós temos

1,95 + (-0,95) = 2,9 V para a evolução copiosa do gás.

Outro ponto a ser notado é que, de acordo com as leis fundamentais, a água deve se decompor a 1,23 V e o oxigênio deve evoluir em um eletrodo positivo com esse potencial. Mas este não é o caso de uma cela prática. Se isso acontecer, a estabilidade da própria célula de chumbo-ácido será uma questão. O potencial padrão da placa positiva (E° = 1,69 V) é cerca de 0,46V acima da tensão na qual a água deve se decompor (1,23V). A razão é novamente a sobretensão. Ou seja, a voltagem para a evolução do oxigénio sobre o dióxido de chumbo em solução de ácido sulfúrico está muito acima do valor E° da placa positiva a 1,95V.

Assim, a reação de evolução do oxigênio sobre o dióxido de chumbo em solução de ácido sulfúrico é inibida, estando 0,26 V (1,95-1,69 = 0,26) acima do valor E° da placa positiva e cerca de 0,72 V acima do potencial de decomposição da água (1,95-1,23 = 0,72 V) e, portanto, o oxigênio não evolui até que o valor de sobretensão seja alcançado em uma solução estritamente pura.

Da mesma forma, a evolução do hidrogênio sobre o chumbo em solução de ácido sulfúrico é fortemente inibida por causa do superpotencial de hidrogênio sobre o chumbo. Este valor sobrepotencial é cerca de 0,6 V mais negativo e está abaixo do potencial padrão de eletrodos de chumbo em solução de ácido sulfúrico, E° = -0,35V. Assim, a reação de evolução do hidrogênio não impedirá a carga total da placa negativa até que o valor do eletrodo atinja -0,95V em uma solução estritamente pura. Esta é a razão pela qual a placa negativa tem uma melhor eficiência de carga do que a placa positiva.

Mas, em uma célula prática, esta etapa é alcançada muito antes desta voltagem. Na verdade, este 2,9 V não é de todo realizado em células práticas, porque as reacções devidas às impurezas predominam e assim a evolução total do gás por volume (H2 : O2 = 2:1) é atingido em cerca de 2,6 V. No entanto, se a tensão de carga impressionada for excessivamente alta, então este valor de 2,9 V pode ser atingido, particularmente, baterias de liga Sb-free podem atingir um valor de 2,8 V e com células antimoniais o valor será inferior em 0,2 V, digamos 2,6 V.

medida que a ciclagem avança, o valor da gaseificação será muito reduzido no caso de células antimoniais, enquanto a outra célula está quase livre deste efeito. Esta redução drástica deve-se ao fenômeno chamado “migração antimoníaca”, como explicado anteriormente.

Naturalmente, a diferença de voltagem das pilhas novas e das pilhas em ciclo aumenta de 250 mV para 400 mV. Isto resultará na incapacidade dos materiais ativos de aceitarem a carga e quase toda a corrente gera hidrogênio e oxigênio. A Figura 3 ilustra este aspecto [10. Hans Tuphorn, Capítulo 17, Figura 17.2 no Manual de Tecnologia de Bateria, Ed. H.A. Kiehne, Segunda Edição, 2003, Marcel Dekker, Inc., New York.]

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Como funciona um carregador de bateria de 12v?

Para carregar uma bateria, o cabo de saída positivo é ligado ao terminal positivo da bateria e assim o negativo ao terminal negativo. O carregador é então ligado à rede eléctrica AC através de uma forma adequada.

A entrada AC é convertida para DC por um circuito retificador que tem um transformador de passo para baixo para converter para a tensão requerida. Um retificador converte o fluxo alternado bidirecional de corrente (CA) em fluxo unidirecional. Assim, ele mantém uma polaridade constante em toda a carga. Uma configuração de retificador em ponte é usada para retificar a baixa tensão AC descendente em DC e é suavizada por um condensador eletrolítico de alto valor (circuito de filtragem).

Esta CC filtrada é alimentada a um circuito eletrônico que regula a tensão para um nível constante e é aplicada à bateria que requer uma carga,

O carregador tem indicadores de corrente (amperímetro), tensão (voltímetro) e, em casos especiais, um temporizador e um amperímetro-hora.

A bateria é carregada de acordo com as instruções do fabricante

Procedimento de carregamento da bateria - Carregador de bateria

A bateria que necessita de ser carregada deve ser cuidadosamente limpa no exterior e os terminais, após a remoção do produto de corrosão, se houver, devem receber uma fina camada de vaselina branca. O nível do electrólito também será verificado. A recarga não precisa ser feita neste momento, a menos que o nível esteja abaixo da altura dos separadores.

O carregador destinado a carregar a bateria deve ter especificações adequadas, como voltagem e saída de corrente. Por exemplo, uma bateria de 12 V precisa de uma tensão C de saída de pelo menos 18 V. A corrente necessária depende da capacidade da bateria e do tempo dentro do qual a bateria deve ser carregada. Normalmente, uma bateria será carregada a 0ne décimos de amperes da capacidade Ah da bateria. Assim, uma bateria de 100 ah necessitará de uma saída de pelo menos 10 amperes para um carregamento normal. Para que seja carregado rapidamente, será necessária uma saída de 15 amperes.

É necessária uma entrada de cerca de 110 % da capacidade para uma bateria totalmente descarregada. Mas, se a bateria já está parcialmente carregada, devemos conhecer o SOC. Seja o que for, a tensão e a gravidade específica são os dois parâmetros importantes a serem monitorados para determinar o estado da carga. O valor da gravidade específica deve ser lido a partir da etiqueta na bateria. Uma bateria totalmente carregada atingirá normalmente 16,5 V e mais, se estiver em bom estado. Se for uma bateria envelhecida, esta voltagem não pode ser alcançada facilmente.

Isto deve-se predominantemente às reacções secundárias como a evolução do gás devido à electrólise da água no electrólito e aos efeitos de aquecimento devido às resistências já acumuladas devido ao sulfato de chumbo acumulado.

A bateria é colocada sobre um material isolante como uma folha de borracha ou um banco de madeira. O cabo do carregador deve ter uma capacidade de transporte de corrente adequada. Normalmente, o fio de cobre quadrado de 1mm pode transportar 3 amperes de corrente contínua (CC) com segurança. Depois de garantir que o carregador está na posição de desligado, os cabos do carregador serão ligados aos respectivos terminais, ou seja, de positivo para positivo e de negativo para negativo. As leituras de tensão, gravidade específica e temperatura serão registradas em uma folha de registro, cujo modelo é dado abaixo:

Modelo de registro de carga de bateria

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As leituras devem ser gravadas a cada hora.

As leituras de cádmio indicarão se uma determinada placa atingiu ou não a carga total. O eléctrodo de cádmio de referência é um varão de cádmio isolado com um fio de cobre soldado até à extremidade superior. A extremidade inferior será imersa no eletrólito, de modo que ele apenas toque o líquido, e não deve entrar em contato com as placas ou outras partes de chumbo no interior.

Para uma placa positiva totalmente carregada, a leitura de cádmio será de 2,4 V e mais e para uma placa negativa, menos 0,2 V e menos.

Tabela 4

Reações na célula de chumbo-ácido e as correspondentes leituras do potencial de cádmio

Leituras do potencial de cádmio

Reações Valores Potenciais Leituras de Cádmio
Potencial de evolução do oxigénio 2 H2O → O2 + 4 H+ + 4e- 1,95 a 2,00 V 2.00 - (-0.4) = 2.4 V
Potencial padrão do eletrodo da placa Positiva PbO2/PbSO4/H2SO4 1.69 V [1.69 – (-0.4) = 2.09 V]
Fim da descarga da placa positiva 1,40 a 1,5 V 1.40 – (-0.4) = 1.8 V
1.50 – (-0.4) = 1.9 V
Potencial de Eletrodo de Hidrogênio Padrão (SSH) 2H+ + 2e- → H2 0.00 V 0.00 V
Fim da descarga da placa negativa -0,15, -0,20, -0,25 V (Para densidades de corrente diferentes) -0.15 – (-0.4) = 0.25 V -0.20 – (-0.4) = 0.20 V -0.25 – (-0.4) = 0.15 V
Potencial Padrão de Eletrodo de Placa Negativa Pb/PbSO4/H2SO4 -0.35 V [-0.35 – (-0.4) = 0.05 V]
Valor E° do eléctrodo de referência de cádmio Cd/Cd2+ -0.40 V -0.40 V
Potencial de evolução do hidrogênio... 2H+ + 2e- →H2 (Para uma célula comercial) -0.60 V -0.60 – (-0.4) = -0.20
Potencial de evolução do hidrogênio 2H+ + 2e- →H2 Para uma célula experimental pura -0.95 V -0.95 – (-0.4) = -0.55

Princípio de funcionamento de um carregador de bateria

No final do carregamento, uma bateria de 12 V pode atingir uma tensão terminal de 16,5 ou superior. Depois de manter a tensão terminal neste nível durante uma hora, o carregamento pode ser terminado. Quando a bateria está perto dos 16. 0 V, água aprovada pode ser adicionada, se necessário.

Perto do fim do carregamento, será observada uma pesada gaseificação a partir da bateria. Não se devem aproximar chamas abertas da sala de carga. Os gases evoluem na proporção da sua combinação, ou seja, hidrogênio 2 partes e oxigênio 1 parte. Assim, se esses gases se acumularem na área de carga sem ventilação adequada, é provável que uma faísca ou uma chama aberta acenda os gases e estes se combinem com a violência explosiva, danificando a bateria e o seu entorno e ferindo também as pessoas próximas.

O limite inferior para a mistura explosiva de hidrogénio no ar é de 4,1%, mas, por razões de segurança, o hidrogénio não deve exceder 2% em volume. O limite superior é de 74%. Uma forte explosão ocorre com violência quando a mistura contém uma relação estequiométrica desses gases (2 partes de hidrogênio para 1 de oxigênio). Esta condição é obtida dentro de uma bateria sobrecarregada com tampas de ventilação firmemente aparafusadas à tampa. Por isso, é aconselhável manter as tampas de ventilação soltas sobre os orifícios de ventilação e não aparafusar bem.

Diferentes métodos de carregamento de baterias e diferentes tipos de carregadores de baterias

Embora existam vários métodos de carregar células de chumbo-ácido, todos eles têm um objectivo comum de converter os produtos de reacção, nomeadamente sulfato de chumbo em ambas as placas para os respectivos materiais activos, PbO2 no eléctrodo positivo e Pb no eléctrodo negativo.

2 PbSO4 + 2 H2O → PbO2 + Pb + 2 H2SO4

Há uma série de variantes nos regimes de cobrança. Mas em todos estes métodos são usados apenas dois princípios básicos: corrente constante e métodos de carga de tensão constante. Os vários métodos disponíveis combinam estes dois princípios para alcançar os seus objectivos.

A seleção do método apropriado de cobrança depende do tipo, projeto e condições de serviço e do tempo disponível para cobrança. Todos estes métodos de carregamento utilizam muitos métodos para controlar e terminar o processo de carregamento.

Estes métodos podem ser classificados da seguinte forma:

Tabela 5

Classificação dos métodos de diferentes carregadores de bateria & métodos de carregamento de bateria

Diferentes métodos de carregamento da bateria

Métodos baseados em corrente constante (CC) Métodos baseados na tensão constante (CV ou CP) Métodos combinados Carga cónica Métodos especiais
Método de carregamento CC de uma etapa Método de Tensão Constante método CC-CV Método de carga com um único passo 1. Carga inicial
2. Taxa de equalização
3. Cobrança de oportunidades
4. Carga controlada por gás
5. Carregamento por gotejamento
6. Impulsionar a cobrança
7. Carga de pulso
8. Carregamento rápido ou rápido
Método de carregamento CC em duas etapas Método CV actual limitado ou modificado Método de carregamento em duas etapas

Passo único Método de carga baseado em corrente constante (método CC) Carregador de bateria

Quando a recarga é necessária para ser concluída em um curto prazo e quando o usuário quer saber a entrada em termos de Ah, o método de carga em corrente constante pode ser empregado. O carregamento de corrente constante é preferível quando a saída anterior é conhecida, de modo que 5-10% de sobrecarga pode ser eficaz para trazer a bateria de volta para 100% SOC. Isso também garantirá que a entrada correta seja dada para que a vida útil da bateria não seja afetada negativamente por sobrecarga indevida. Um tempo normal de recarga para este método é de 15 a 20 horas.

Neste método, a corrente é mantida constante durante todo o período de carregamento.

Recomenda-se uma corrente de carga de 5 a 10 % da capacidade de 20 horas.

Para compensar o aumento do emf traseiro da bateria durante o carregamento, a corrente de carga tem de ser mantida constante, quer variando a resistência da série utilizada, quer aumentando a tensão do transformador. Normalmente, a resistência da série é variada para manter a corrente constante.

Este método é o mais simples e menos caro de cobrança. Mas tem a desvantagem de uma menor eficiência de carga. Isto é devido a alguma energia sendo dissipada na resistência e também em parte devido à corrente usada para dividir a água quando a bateria atinge 2,5 V por célula. A bateria começa a gasear à medida que a bateria é carregada a cerca de 70 a 75% de carga. Este método de carregamento resulta sempre num ligeiro excesso de carregamento e numa gaseificação vigorosa, especialmente no final do carregamento.

Uma imagem generalizada para o método de carga em corrente constante é dada na Figura 5. As características de carga são apresentadas na Figura 6

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Método de carga de corrente constante em duas etapas Carregador de bateria

Duas taxas de carregamento, taxa inicial e taxa final, são utilizadas no método de carregamento em corrente constante de duas etapas. A taxa de acabamento é normalmente metade da taxa inicial. A taxa de acabamento é iniciada quando a bateria começa a desenvolver gases. Este é geralmente um método preferido para o carregamento de baterias. A característica de carga pode ser vista na Figura 7 [11. P G Balakrishnan, Baterias de Armazenamento de Chumbo, Scitech Publications (Índia) Pvt. Ltd., Chennai, 2011, página 12.8].

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Tensão constante ou métodos de carga potencial Carregador de bateria

O método de carregamento de tensão constante ou potencial (CV ou CP) emprega uma tensão de fonte que é mantida a um nível constante durante todo o período de carregamento. Normalmente, esta tensão estará entre 2,25 e 2,4 V por célula.

Este método é o método recomendado para carregar células e baterias de chumbo-ácido reguladas por válvula (VRLA). Não é necessário preocupar-se com a profundidade de descarga (DOD) da descarga anterior ao carregar uma bateria VRLA pelo método CV. As baterias VRLA podem ser carregadas sem qualquer efeito prejudicial, utilizando a tensão de carga CV recomendada pelo fabricante. Quase todos os fabricantes de VRLAB recomendam uma corrente inicial de 0,25 a 0,30 C amperes.

Ou seja, para uma bateria de 100 Ah, uma corrente inicial de 25 a 30 amperes pode ser selecionada. A corrente mais alta é usada para carregar baterias de descarga profunda enquanto a mais baixa para uma bateria normalmente descarregada. O efeito de uma tensão de carga mais baixa é que o aumento da temperatura será menor em comparação com uma bateria carregada, com uma corrente mais alta, mas o tempo necessário para uma carga completa será maior.

No final do carregamento, a voltagem da bateria atinge a paridade com a voltagem impressionada os afuniladores de corrente de carregamento a um valor muito baixo. Universalmente, a corrente no final pode atingir um valor de 2 a 4 mA para cada Ah da capacidade da bateria. A 2,25 a 2,3 V por célula, nenhuma evolução de gás é observada em baterias devidamente fabricadas. No entanto, a gaseificação será evidente a 2,4 V por célula. O volume de gás evoluído a 2,4 V por célula é de cerca de 1000 ml em 40-50 minutos durante 6V/1500 Ah VRLAB

De acordo com a Cláusula 6.1.a. do padrão industrial japonês, JIS 8702-1:1998, a duração da carga será de aproximadamente 16 horas ou até que a corrente não mude em mais de 10% da corrente de 20 horas (I20) amperes dentro de duas horas consecutivas [JIS 8702-1:1998]. Por exemplo, se a capacidade de 20-h de uma bateria (independentemente da voltagem da bateria) for de 60 Ah20, então a carga teria sido completada se a corrente não mudasse mais de 300 mA (ou seja, I20 = 60 Ah /20 A = 3 A. Portanto, 0,1 de I20 = 0.3A)

Os detalhes da carga de CP das baterias de RV são mostrados nas Figuras

A eficiência de carregamento é melhor do que o método de corrente constante. O demérito deste método é que ele requer uma tensão estabilizada em um dreno de corrente alta, o que é caro. Este método é utilizado para a operação das células estacionárias para aplicações de telecomunicação e UPS.

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Carregamento potencial constante modificado - Carregador de bateria

Em aplicações industriais, tal método é utilizado quando o circuito de carga é parte integrante do sistema. Exemplos são automóveis, UPS, etc. Uma resistência em série para limitar a corrente é incluída no circuito, cujo valor é mantido até ser atingida uma tensão predefinida. Depois disso, a tensão é mantida constante até que a bateria seja chamada para cumprir o seu dever de fornecer corrente de arranque, energia de emergência, etc.

A escolha da resistência da série fixa depende do número de células nas baterias e da sua capacidade de ampere-hora e da duração disponível para o carregamento. A tensão aplicada é mantida constante em cerca de 2,6 a 2,65 volts por célula.

À medida que a carga progride, a corrente de carga começa a cair a partir de um valor inicial. Quando a tensão sobe gradualmente até 2,35 a 2,40 volts por célula, a tensão de gaseamento tende a subir rapidamente e, portanto, a corrente de carga cai a um ritmo mais rápido.

A carga modificada de potencial constante é comum para baterias de ciclismo profundo, como as baterias de tracção. As fábricas normalmente empregam um perfil de tempo fixo de carga de descarga, como o funcionamento de 6 horas da empilhadeira a uma profundidade de descarga (DOD) de 80% e uma recarga de 8 horas. O carregador é ajustado para a tensão de gaseamento e a corrente de partida é limitada a 15 a 20 A por 100 Ah. A corrente começa a conicidade em tensão constante à taxa de acabamento de 4,5 a 5 A por 100 Ah, que depois é mantida até o final da carga. O tempo total de carga é controlado por um temporizador.

Existem carregadores de baterias que têm as provisões para manter as baterias ligadas a ele mesmo após a conclusão da carga para manter as baterias em condições de carga completa. Isto é conseguido fornecendo curtos períodos de carga refrescante a cada 6 horas para manter a sua condição

Os detalhes são apresentados na Figura 12 [12. Special Issue on Lead-Acid Batteries, J. Power Sources 2(1) (1977/1978) 96-98].

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Métodos combinados (métodos CC-CV) - Carregador de bateria

Neste método, a carga de corrente constante e a carga de potencial constante são combinadas em conjunto. Este método também é conhecido como (IU) (I para corrente e U para tensão) método de carga. No período inicial de carga, a bateria é carregada no modo de corrente constante até a bateria atingir a tensão de gaseamento e depois é comutada para o modo de potencial constante. Este método elimina o efeito deletério do método de carga de corrente constante no final da carga.

As características de carga deste método são mostradas na Figura 11 à direita.

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Carregamento cónico - Carregador de bateria

O significado de cone é inclinar-se para baixo. Como o termo claramente indica, a corrente pode ser reduzida de um valor mais alto para um mais baixo, fixando a tensão de carga inicial em cerca de 2,1 V por célula e terminando em 2,6 V por célula. A razão dos valores actuais a estas tensões é referida como valor de conicidade.

Assim, um carregador com um out-put de 50 A a 2,1 V por célula e 25 A a 2,6 V por célula, é descrito como tendo uma característica cónica de 2:l.

Existem métodos de carga cíclica de uma etapa e de duas etapas

Carregamento cíclico de passo único - Carregador de bateria

Neste tipo de carregamento, a corrente passa de um valor inicial mais alto para um mais baixo de taxa de acabamento, que normalmente é cerca de 4 a 5% da capacidade da taxa de 20 horas da bateria. A gaseificação é um fenômeno necessário, pois ajuda a equalizar o gradiente de densidade do eletrólito. ou seja, neutraliza o fenómeno da estratificação. Assim, a taxa de acabamento é fixada em valor suficientemente alto para permitir que este processo ocorra e, ao mesmo tempo, não corrói indevidamente as grelhas positivas. Aqui, a voltagem de saída do carregador é definida inicialmente em cerca de 2,7 volts por célula e é feita para descer para cerca de 2,1 a 2,2 volts por célula no final do período de carga.

A corrente de carga é feita para afinar lentamente até que a tensão de gaseamento (cerca de 2,4 V por célula) seja atingida (SOC = 75 a 80%) e a afinação a um ritmo mais rápido a partir daí. Normalmente, a relação de conicidade é fixada em 2:1 ou em 1,7 para 1. O tempo necessário para a conclusão da carga é de cerca de 12 horas. O período de carregamento após a tensão de gaseamento é controlado pela incorporação de um dispositivo de temporização que começa a funcionar quando a tensão de gaseamento é atingida.

O período de cobrança pode ser reduzido para 8 a 10 horas, mas a corrente inicial deve ser aumentada, o que não pode ser feito sem considerar a economia envolvida e a acessibilidade do consumidor.

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As características de carga de uma única etapa de carga cónica são mostradas na Figura 12

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Carregamento cíclico de dois passos - Carregador de bateria

Este método de carga é semelhante à carga cíclica de uma única etapa, exceto pelo fato de que o tempo total de carga é reduzido para cerca de 8 a 10h. Como a bateria é capaz de aceitar carga a um ritmo mais rápido quando está profundamente descarregada, é utilizada uma corrente elevada no primeiro passo até a bateria atingir a fase de gaseamento. Quase 70 a 80% das ampere-horas a serem devolvidas à bateria são dadas à bateria no primeiro passo a um ritmo mais rápido e as ampere-horas restantes são alimentadas no segundo passo.

As características de carga de uma bateria de 12V, 500 Ah por carga cónica de passo único são mostradas na Figura 13

Os métodos de carga cónica são mais populares para carregar as baterias de tracção que normalmente estão profundamente descarregadas. Os operadores de frotas de veículos eléctricos, por exemplo, carrinhas de entregas postais, veículos de entrega de leite, exigem um carregador de baterias sofisticado para obter o melhor desempenho possível das baterias e para proteger o grande investimento de dinheiro envolvido.

Carga inicial

Uma nova bateria de chumbo-ácido precisa ser ativada e este processo de carregamento pela primeira vez é chamado de carregamento inicial de enchimento. A bateria está cheia com a quantidade necessária de electrólito e está completamente carregada antes de ser enviada para o envio. Normalmente este carregamento inicial é feito por um método de carregamento de corrente constante a uma corrente baixa durante um longo período até a bateria atingir uma tensão de 16,5 V ou mais por estar completamente carregada.

Hoje em dia, este processo tornou-se redundante à medida que preparamos baterias carregadas de fábrica ou baterias carregadas a seco que requerem apenas a adição de electrólito.

Taxa de equalização

Aequalização das diferenças entre células é um facto que se tem de aceitar. Não há duas células que possam ser iguais em todos os aspectos. Diferenças nos pesos ativos do material, pequenas variações na gravidade específica do eletrólito, porosidade dos eletrodos, etc., são algumas das diferenças. Por estas razões, cada célula de uma bateria tem as suas próprias características; cada uma requer uma quantidade ligeiramente diferente de carga. A carga de igualização de vez em quando mantém o fim da vida útil da bateria fora do alcance da mesma. As baterias automotivas de 12V são flutuadas a 14,4V. Uma bateria totalmente carregada requer níveis de tensão de 16,5 V, o que nunca é realizado em serviço a bordo do veículo.

Assim, a carga equalizadora (também chamada de carga de bancada) é necessária para prolongar a vida útil de uma bateria automotiva. Assim, uma bateria que recebe carga de bancada periódica a cada seis meses pode durar mais que as baterias que não recebem a carga de bancada, pelo menos de 10 a 12 meses. A frequência e extensão da equalização de cargas deve ser discutida com o fabricante da bateria. Com carregadores pré-programados está por vezes disponível uma “carga equalizadora” através de um interruptor que fornece uma corrente baixa contínua utilizada para estabilizar a tensão e a densidade relativa do electrólito das células.

Da mesma forma, as baterias de alimentação de emergência da UPS e as baterias das empilhadeiras também requerem tais cargas de equalização. Uma bateria utilizada num inversor é carregada apenas até 13,8 a 14,4 V. Como dito anteriormente, isto não é suficiente para equalizar o desequilíbrio entre as células de uma bateria. Estas baterias, se dadas as cargas de equalização periódicas, sobreviverão mais tempo.

As baterias devem receber uma taxa de equalização a cada seis meses. Mas as baterias de tração usadas em empilhadeiras devem receber uma carga de equalização uma vez a cada sexto ou décimo primeiro ciclo, dependendo se as baterias são novas ou envelhecidas. As baterias mais recentes podem receber uma carga de equalização a cada 11 ciclos e as mais antigas a cada6 ciclos. Se as baterias receberem diariamente cargas completas regulares, a frequência das cargas de equalização pode ser reduzida para o10º e20º ciclos. Uma carga de equalização deve ser terminada quando as células não apresentarem mais nenhum aumento na tensão e leituras de gravidade específica durante um período de 2 a 3 horas.

Leia um artigo detalhado sobre Taxa de equalização aqui.

Cobrança de oportunidades

Quando um veículo eléctrico todo-o-terreno ou on-road está a ser operado intensivamente, a ligação a um carregador durante as pausas e outros breves períodos de descanso também pode ajudar a prolongar o turno de trabalho efectivo do veículo e assim reduzir o tempo de paragem dos EV. Cobrança de oportunidade é o termo dado a essa cobrança parcial durante a hora do almoço ou período de descanso.

Tais cargas de oportunidade tendem a reduzir a vida útil das baterias. A bateria conta com tal carga e subsequente descarga como um ciclo raso. Na medida do possível, devem ser evitadas taxas de oportunidade. A carga normal fornece 15 a 20 A por 100Ah de capacidade, enquanto as cargas de oportunidade fornecem correntes ligeiramente mais altas de 25 A por 100Ah de capacidade. Resulta numa temperatura mais elevada e acelera a corrosão das grelhas positivas. E, portanto, a vida será reduzida.

Carga controlada por gás

A condutividade térmica do gás hidrogênio evoluído é usada para monitorar a corrente de carga. Gás hidrogênio, um refrigerante muito bom é usado para resfriar um elemento aquecido. A alteração da resistência do elemento de aquecimento é utilizada para regular a corrente. Um termistor também pode ser usado para regular a corrente. Por vezes, o efeito de aquecimento devido à recombinação do gás hidrogênio e do gás oxigénio desenvolvido na célula sobre um catalisador adequado é utilizado para operar um interruptor térmico para regular a corrente.

Carregamento por gotejamento

Em uma carga contínua, o carregador equaliza as perdas devidas à auto-descarga e descarga intermitente. Uma taxa de manutenção compensa a auto-descarga. Os dois modos de operação são caracterizados por tensões terminais constantes:

Taxa de manutenção 2,20 a 2,25 V por célula

Carga contínua 2,25 a 2,35 V por célula

Dependendo da idade e condição da bateria, uma densidade de corrente de 40 a 100 mA/100 Ah de capacidade nominal pode ser necessária durante a carga de manutenção (carga gota a gota).

A corrente de carga contínua depende, em grande parte, do perfil de carga. As baterias da carga de manutenção devem ser recarregadas após cada corte de energia. O mesmo se aplica às baterias com carga contínua após cargas não planeadas.

Impulsionar a cobrança

A carga de reforço é recorrida quando é necessário utilizar uma bateria descarregada numa emergência, quando não há outra bateria disponível e o SOC não é suficiente para o trabalho de emergência. Assim, uma bateria de chumbo-ácido pode ser carregada em altas correntes, dependendo do tempo disponível e do SOC da bateria. Uma vez que os carregadores rápidos estão disponíveis hoje em dia, o carregamento por impulso é hoje familiar. Normalmente tais carregadores de impulso começam a carregar a 100A e a 80A. O mais importante é que a temperatura não deve exceder 48-50oC.

Carga de pulso

O que é carga por corrente pulsada?

O carregamento é feito por uma duração muito curta, ou seja, o tempo actual em tempo real em milissegundos (ms), e segue-se um período de inactividade (fora de tempo em ms). Às vezes, uma descarga também pode preceder a carga de pulso.

Uma técnica de corrente pulsada foi aplicada para o carregamento rápido de células de chumbo-ácido automotivas. Chegou-se às seguintes conclusões:

  • A técnica da corrente pulsada pode exercer efeitos altamente vantajosos.
  • Melhora a taxa de recarga.
  • Tem uma vantagem no desempenho do ciclo de vida das baterias de chumbo/ácido, especialmente quando é usado um tempo de duração superior a 100 ms.
  • Além disso, esta técnica também pode rejuvenescer as células que foram cicladas com uma carga de corrente constante.
  • O tempo de recarga pode ser reduzido em uma ordem de magnitude, ou seja, de ~10 horas para ~1 hora
  • A vida do ciclo pode ser aumentada por um factor de três a quatro.
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  • A aplicação de carga por corrente pulsada a uma bateria ciclada (capacidade = 80% do valor inicial) pode evocar uma recuperação na capacidade da bateria.
  • A perda de capacidade prematura ocorre tanto em células Pb-Sb como Pb-Ca-Sn com altas taxas de descarga com carga de corrente constante.

Para mais detalhes, os leitores podem consultar o artigo de Lam e outros dados acima.

As células submarinas têm sido objecto de carga de pulso [14. Melvyn James, Jock Grummett, Martin Rowan e Jeremy Newman, Journal of Power Sources 162 (2006) 878-883 879]. Os autores concluíram que

  1. A capacidade pode ser melhorada com a carga de pulso. Esta melhoria de capacidade

foi dramático para células mais novas e relativamente novas. Mas para células mais velhas (4-5 anos de idade) eram necessários 15 ou mais ciclos de carga de pulso antes da obtenção de melhorias de capacidade.

  • Quanto mais antigas as células tinham sofrido uma grave sulfatação, que leva mais ciclos para se decompor.
  • Algumas sulfatações são impossíveis de reverter.
  • O uso de carga de pulso também indicou que a carga de gaseamento poderia ser substancialmente reduzida.
  • A evolução do gás diminui com o aumento da frequência de pulso. Isto é mais pronunciado com a evolução do oxigénio, que é um factor importante para as baterias submarinas que sofrem de corrosão positiva da placa, uma vez que o oxigénio evolui a partir da placa positiva durante a carga do gás.
  • Após a aplicação de carga de pulso a uma célula, os efeitos benéficos permanecem mesmo que as rotinas convencionais de carga sejam retomadas.

O programa típico de carga de pulso é mostrado abaixo:

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A aplicação de carga de pulso pode ajudar a evitar a formação de sulfato ao longo do tempo. Pode ser capaz de reduzir o acúmulo de sulfatação nas células com carga e manutenção adequadas se a carga de pulso for usada desde o início. Uma acumulação de sulfatação que já tenha ocorrido não pode ser revertida com este método. Se as células são constantemente equalizadas ou sobrecarregadas, isso danifica as células, reduzindo a sua capacidade e vida. Microtex recomenda testar regularmente a gravidade específica de suas baterias para descobrir quanto tempo elas durarão, identificar quaisquer células fracas ou em falha e confirmar seu estado de carga. Os passos seguintes podem ser seguidos em caso de acumulação de sulfatação ou de um desequilíbrio da carga.

Carregamento rápido ou rápido - Carregador de bateria

Há 25 anos atrás, acreditava-se que as baterias de chumbo-ácido não deveriam ser carregadas a altas taxas porque o material ativo positivo seria irreparavelmente danificado. Acreditava-se que o carregamento rápido resultaria em níveis excessivos de corrosão e gaseamento da rede, resultando em uma falha rápida e precoce das baterias VRLA.

A carga rápida está provando que não só economiza tempo e energia, mas também elimina a gaseificação e reduz a manutenção. O carregamento rápido foi proposto pela primeira vez pela Kordesch no ano 1972 para células seladas de Ni-Cd, [17. K. Kordesch, J. Electrochem. Soc., 113 (1972) 1053] foi mais tarde desenvolvido em 1993 pela Norvik Technologies no Canadá para baterias VRLA.

Seu Minitcharger™ provou que a recarga de baterias de Ni-Cd com descarga profunda poderia ser alcançada em 5 a 10 minutos [18. J.K. Nor, U.S. Patent 5.202.617(1993)].

Na primeira metade dos anos 90, Valeriote, Nor e Ettel de Cominco, Canadá, avançaram com esta tecnologia para baterias convencionais de chumbo-ácido [19 ]. E.M. Valeriote, J. Nor, V.A. Ettel, Proc. Quinto Seminário Internacional de Bateria de Chumbo-Acido, Viena, VA, EUA, 17-19 de Abril de 1991, pp 93-122].. No ano de 1994, Valeriote, Chang, e Jochim provaram que o processo também era adequado para baterias VRLA de placa fina [M. Valeriote, T.G. Chang, D.M. Jochim, Proc. da 9th Annual Battery Conference on Applications and Advances, Long Beach, CA, EUA, Janeiro de 1994, pp. 33-38].

Desde o início dos anos noventa, esta técnica tem sido aplicada a todo o tipo de baterias de tracção [20 ]. K. Nor e J.L. Vogt, Proc. 13th Annual Battery Conference on Application and Advances, 13-16 de janeiro de 1998, Long Beach, CA, 191-197].

Os efeitos da carga muito rápida nos dois tipos seguintes de baterias híbridas de chumbo/ácido de ciclagem profunda foram estudados em 1994 usando um MinitchargerÔ (Norvik Traction Inc., Canadá) [21 .T.G. Chang, E.M. Valeriote e D.M. Jochim, J. Power Sources 48 (1994) 163-175].

  • As baterias híbridas inundadas (referidas como “AP” neste trabalho) tinham grelhas positivas feitas de uma liga antimonial de 4,7% e grelhas negativas do tipo expandido feitas de liga de alto cálcio e baixo estanho (Pb- 0,1 wt.% Ca-0,3wt.% Sn). O peso do PAM era de ~800 g, e o NAM de ~ 540 g em cada célula. Era do tipo de descarga profunda e tinha uma capacidade de 80 Ah20, 54,4 Ah5 e 50,9 Ah3)
  • As baterias reguladas por válvula com grelhas positivas fundidas por gravidade foram feitas de uma liga de baixa antimónio (Pb -1,5wt. % Sb-0,3wt. % Sn (Esta bateria referida como baterias “ST” neste trabalho). A configuração era 5P + 6N. As grelhas negativas foram fundidas a partir da liga Pb-O.12wt.%Ca-O.4wt.%. Estas baterias foram concebidas para aplicações de ciclagem profunda. As capacidades das baterias eram de 54,5 Ah5 e 52,5 Ah3

Verificou-se que tanto as taxas de 5-min/50% de carga como as de 15-min/80% de carga podiam ser alcançadas, no caso de uma bateria inundada, com um aumento de temperatura bastante aceitável. Após uma profundidade de descarga de 80%, a fonte de calor dominante era óhmica durante os primeiros 40% da carga devolvida a taxas muito elevadas, 300 A (5 a 6 amperes C3). As temperaturas foram distribuídas de forma não uniforme dentro da bateria. Depois disto, a polarização não óhmica tornou-se progressivamente mais importante. Para a bateria de recombinação híbrida, o ciclo de oxigénio é uma fonte substancial de calor durante as fases finais da carga, particularmente em comparação com as anteriores baterias não antimoniais que foram investigadas [21 T.G. Chang, E.M. Valeriote e D.M. Jochim, J. Power Sources 48 (1994) 163-175].

Carregamento rápido de baterias inundadas e VRLA

Tabela 6.

[21. T.G. Chang, E.M. Valeriote e D.M. Jochim, J. Power Sources 48 (1994) 163-175].

Bateria inundada Bateria regulada por válvula
5-min/50% de recarga e 15-min/80% de taxas de recarga Sim Sim
Aumento de temperatura Aceitável Aceitável
Fonte de calor Ohmic (até 40 % da carga) O ciclo do oxigénio é uma fonte substancial de calor durante as fases finais da carga
Carregamento carregada a uma tensão constante sem resistência de 2,45 V/célula (14,7 V/bateria) carregada a uma tensão constante sem resistência de 2,45 V/célula (14,7 V/bateria)
Corrente 250 a 300 A (5 a 6 amperes C3) 250 a 300 A (5 a 6 amperes C3)
Nos 3 minutos iniciais 1 V maior que o VRB
Redução de corrente Começou a descer do nível 300-A após 3 min de carga Começou a descer do nível 300-A após 3 min de carga
Temperatura Aquecimento óhmico mais elevado e uma taxa de aumento de temperatura muito mais elevada; começou a diminuir após 4 min A corrente começou a diminuir somente após 4 minutos de carga, e foi maior do que a do tipo inundado durante o resto do período de carga.
Quando a corrente para a bateria VR diminuiu, a taxa de aumento da temperatura tornou-se maior. Após 6 minutos, embora a temperatura ainda estivesse subindo, a taxa de aumento começou a diminuir. A temperatura só começou a diminuir lentamente após cerca de 20 minutos de carga; com a mesma tensão constante sem resistência, a bateria VR aceitou uma corrente mais alta, o que gerou ainda mais calor. A energia gasta no ciclo do oxigénio é completamente (100%) convertida em calor, em comparação com cerca de 40% só para a decomposição da água.

Figura 17. A carregar: Vref=2,45 V/célula; Corrente, I, =3OOO A máx.; DOD = 80%. [21. T.G. Chang, E.M. Valeriote e D.M. Jochim, J. Power Sources 48 (1994) 163-175].

Comparação de carga rápida de baterias inundadas e VRLA.

Figure-17.jpg

Tabela 7. Duração da bateria com MinitCharger®.

[22. K. Tomantschger, E.V. Valeriote, J.S. Klarchuk, T.G. Chang, M.J. Dewar, V. Ferrone, e D.M. Jochim, Proc. 13
th
Conferência Anual de Bateria sobre Aplicaçãoe Advances, 13-16 de janeiro de 1998, Long Beach, CA, 173-178].

Tipo de Bateria Duração do ciclo da bateria
Carregador de bateria convencional MinitCharger®. Fonte
Células de Ni-Cd, tipo A 500 1400 INCO(1989)
Células de Ni-Cd, tipo B 450 1900 INCO(1996)
Células Ni-MH, tipo A 400 1600 INCO (1996)
Células Ni-MH, tipo B 1500 Mais de 4000 INCO (1996)
Bateria de tracção de chumbo ácido, tipo VRLA 250 1500 COMINCO (1997)

Chang e Jochim também obtiveram resultados semelhantes. Eles submeteram baterias VRLA de 12V (tipo espiralada) a testes de carga convencional e de ciclismo de carga rápida [21]. T.G. Chang, E.M. Valeriote e D.M. Jochim, J. Power Sources 48 (1994) 163-175. 23. Chang, T.G., Jochim, D.M., J. Power Sources, 91 (2000) 177-192]. A vida útil do ciclo foi de 250 ciclos para o regime de carga convencional e 1000 ciclos para o regime de carga rápida.

Uma carga muito rápida foi recebida com grande sucesso e resultou numa vida mais elevada. Uma pesquisa mostrou que a equipe de pesquisa da Cominco [ 22. K. Tomantschger, E.V. Valeriote, J.S. Klarchuk, T.G. Chang, M.J. Dewar, V. Ferrone, e D.M. Jochim, Proc. 13th Annual Battery Conference on Application and Advances, 13-16 de janeiro de 1998, Long Beach, CA, 173-178] conduziu uma pesquisa e a equipe descobriu que trinta variedades comercialmente disponíveis de baterias de chumbo ácido são capazes de ser recarregadas a 50% em 5 minutos, 80% em 15 minutos, e 100% em 30 minutos. Neste aspecto, o desempenho da VRLAB é melhor do que baterias SLI inundadas.

Os materiais ativos positivos carregados convencionalmente são caracterizados por partículas maiores e numerosos poros grandes. Nas placas de carga rápida, não foram observadas partículas grandes, poros ou vazios. As placas com carga convencional exibiam 2 m2/g de área de superfície de PAM e as carregadas com corrente elevada valor de superfície exibida de 3 m2/g mesmo após 900 ciclos [22] . K. Tomantschger, E.V. Valeriote, J.S. Klarchuk, T.G. Chang, M.J. Dewar, V. Ferrone, e D.M. Jochim, Proc. 13th Annual Battery Conference on Application and Advances, 13-16 de janeiro de 1998, Long Beach, CA, 173-178].

O PAM, neste último caso, expandiu-se apenas lentamente e, consequentemente, foi exercida menos pressão sobre o separador e a placa negativa, reduzindo assim o risco de “ensopar” os shorts nos separadores e a densificação do NAM. O efeito dramático da carga rápida é que, ao serem submetidas ao teste de ciclo de vida 12V/50Ah em espiral VR LAB (quando testadas em regimes de carga de 10h e 15 minutos), as baterias com carga convencional poderiam dar apenas 250 ciclos (a 80% da capacidade inicial), enquanto as sob regime de carga rápida poderiam dar cerca de quatro vezes mais ciclos.

Imagens SEM do PAM & NAM de placas convencionais e de carga rápida

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Um resultado semelhante foi obtido nos trabalhos de P. T. Moseley [Journal of Power Sources 73 _1998. 122-126] Projecto ALABC-CSIRO No. AMC-009). O carregamento de bateria de alta taxa de baterias VRLA restaura o material ativo positivo em uma forma de alta superfície caracterizada por um hábito de agulha e quando a bateria é recarregada a taxas mais baixas, o material ativo positivo forma partículas maiores.

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Diagrama do carregador de bateria

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Quanto tempo se pode deixar um carregador de bateria numa bateria?

Isto depende de dois factores:

  1. Quer o carregador esteja ao vivo ou não?
  2. Existe alguma provisão para dar carga refrescante intermitente no carregador?

Se o carregador estiver desligado, provavelmente não há nenhum dano em deixar a bateria ligada ao carregador, desde que não haja mau funcionamento de qualquer parte da carga, como uma ligação errada dos fios CA que levam aos carregadores.

No entanto, se o carregador estiver ligado, a bateria deve ser preferencialmente desligada para que os efeitos deletérios da sobrecarga não reduzam a vida útil da bateria.

No caso de existir uma provisão para dar carga refrescante intermitente no carregador, pode-se deixar a bateria ligada ao carregador. Isso ajudará a manter a bateria em condições de carga total e pode ser usado a qualquer momento que a bateria for necessária.

Como funciona um carregador de bateria de carro?

O sistema elétrico automotivo é composto pelos seguintes componentes:

O sistema de arranque, iluminação e ignição (sistema SLI) tem componentes/equipamentos mecânicos e eléctricos que funcionam em uníssono para ligar o motor e manter o veículo em bom funcionamento.

Os principais componentes são:

  1. Interruptor de ignição
  2. A bateria de 12V ou 24V.
  3. Motor de arranque DC de alto torque (ou motor de arranque) com componentes associados
  4. Arranjo alternador-retificador
  5. Controladores ou reguladores de tensão (relés de corte e de entrada)

Quando o condutor liga o interruptor de ignição, a corrente pesada flui da bateria para o motor de arranque através de um circuito de controlo e o motor de arranque pode rodar as rodas e assim o veículo começa a mover-se.

O objectivo de um motor de arranque é ajudar o motor a atingir alguma velocidade para que este possa funcionar. O motor de arranque, portanto, ajuda o motor a atingir a velocidade pretendida para o funcionamento do carro. Depois de feito, o arrancador deixa de ser útil e, portanto, desliga-se.

No carregador automático de bateria, é incorporado um circuito sensor de voltagem para detectar a voltagem da bateria sob carga. O carregador é desligado automaticamente quando a voltagem da bateria atinge o nível ideal requerido.

A corrente flui ao longo de um único cabo desde o terminal positivo da bateria até ao componente que está a ser alimentado, e de volta à bateria através da carroçaria metálica do carro (que é feita a terra, o terminal negativo da bateria é ligado à carroçaria do carro). O corpo é ligado ao terminal de terra (terminal negativo) da bateria por um cabo grosso.

A corrente fornecida pela bateria ao motor de arranque é 3 a 4 vezes a capacidade da bateria, 150 a 400 amperes). Ou seja, a bateria fornece uma corrente de 3C a 4C amperes para o motor de arranque. Portanto, o cabo que transporta essa corrente deve ser adequadamente projetado para a menor queda de tensão. As duas principais funções do sistema de ignição de automóveis são produzir tensão suficiente para que ele possa facilmente criar uma faísca para queimar a mistura ar/combustível e, em segundo lugar, exercer controle sobre a temporização da faísca e transmiti-la para o cilindro apto. Um típico sistema de ignição de automóveis produz uma tensão entre 20000 volts e 50000 volts a partir de uma fonte de 12 volts.

O tamanho da bateria varia de acordo com a capacidade do carro. Assim, para um carro pequeno como o Maruti 800 ou Alto, é utilizada uma bateria de 12V/33 Ah, enquanto para um camião Tata ou Benz é utilizada uma bateria de 12V ou 24 V/180 Ah.

Um sistema de carregamento de automóveis geralmente gera uma tensão entre 13,5 e 14,4 volts quando o motor está em funcionamento. Produz corrente elétrica para a operação de luzes automotivas, sistemas de música, aquecedor, sistema elétrico do motor. Os geradores de corrente contínua eram usados em automóveis. No início dos anos 60, o sistema alternador-retificador substituiu o gerador DC devido às suas vantagens em relação ao outro. Mas com os avanços da electricidade e da electrónica, todos os automóveis utilizam uma disposição alternador-rectificador (AC é gerado e convertido em DC).

Nos motores de ignição por faísca, é necessário um dispositivo para acender a mistura de ar comprimido e combustível no final do curso de compressão. O sistema de ignição preenche este requisito. É uma parte do sistema elétrico que transporta a corrente elétrica na voltagem requerida para a vela de ignição que gera a faísca no tempo correto. É composto por uma bateria, interruptor, bobina de ignição do distribuidor, velas de ignição e fios necessários.

Um motor de ignição por compressão, ou seja, um motor diesel não requer qualquer sistema de ignição, porque a auto-ignição da mistura combustível-ar ocorre quando o diesel é injectado no ar comprimido a alta temperatura no final do curso de compressão.

Para evitar que a bateria se esgote, os fabricantes empregam um regulador de voltagem / Cut-Out. Ele liga/desliga o gerador a partir da bateria.

Quando a saída do gerador é inferior à tensão da bateria, então ele desliga o gerador da bateria. Em contraste, quando a saída é maior, ele liga o gerador de volta à bateria. Assim, evita que a bateria descarregue a baixas velocidades do motor. Quando a tensão do terminal da bateria atinge cerca de 14,0 a 14,4 V, o relé de corte desliga a bateria do circuito de carga.

Posso ligar o carro com o carregador de bateria ligado?

Se não for possível ligar o veículo com a bateria existente, a tensão DC apropriada pode ser fornecida a partir de um carregador, ligando os cabos do carregador como se fossem os terminais de outra bateria semelhante. Isto é como ligar um veículo por arranque. As precauções adequadas devem ser tomadas antes de se fazer este trabalho. A ajuda de um profissional deve ser procurada.

Quais são os melhores carregadores baseados na aplicação?

Carregador de bateria do inversor

Os inversores são dispositivos eléctricos/electrónicos que convertem a corrente contínua das baterias em corrente alternada para suprir as necessidades das casas ou pequenos estabelecimentos. O retificador executa a função inversa. Esse é o retificador que converte AC em DC. DC é o tipo de corrente elétrica necessária para carregar a bateria e para operar alguns dispositivos.

Os inversores domésticos têm normalmente uma ou duas baterias de 12 V, dependendo dos requisitos de energia das casas individuais.

O fornecimento ininterrupto de energia (UPS) é um dispositivo semelhante, mas o intervalo de tempo entre a falha de energia da rede e a retomada pela UPS é imediato (atraso de tempo zero), enquanto que num inversor o atraso de tempo é de 10-20 milissegundos. Em algumas unidades de produção e bancos, este atraso resultará em enormes perdas e constrangimentos para os clientes e banqueiros. Por exemplo, num computador de secretária doméstico, o ecrã escurecerá quando ligado a um inversor, enquanto não sente a saída de energia no caso de uma UPS.

Como sabemos bem se as baterias são carregadas com voltagens superiores a 14,4 V por bateria de 12 V, fumos de cheiro desagradável e cheiro indesejado a ovo podre emanarão das baterias, além da formação de produto corrosivo ao redor dos terminais e conectores, o que pode ser desconfortável para os utilizadores, Assim, estas baterias não podem atingir tensões de carga superiores a aproximadamente 14,0 V e o valor de ajuste preferido é 13,8 V. Devido à tensão de carga reduzida, a perda de água devido à electrólise também é reduzida, resultando em longos intervalos entre duas recargas com água aprovada. E uma rectificação de onda completa com filtros é uma boa adição.

Carregador de bateria para carros

O sistema eléctrico do automóvel encarrega-se do carregamento da bateria SLI a bordo. Como discutido sob carga modificada de carga potencial constante, o sistema tem uma resistência incluída em série para manter o pico de corrente inicial dentro do limite permissível. A tensão máxima de carregamento é de 14,0 a 14,4 V para uma bateria de 12 V. A bateria SLI sendo uma bateria de ciclo raso recebe carga sempre que a voltagem desce a um nível pré-determinado.

Para o carregamento, a bateria é ligada ao estator do alternador através de um dispositivo electrónico chamado díodo, que permite um fluxo de corrente num só sentido, ou seja, corrente do estator para a bateria e não no sentido inverso quando o alternador está inactivo.

Portanto, evita a descarga indesejada do conjunto de baterias.

O relé de corte funciona como um disjuntor entre o sistema de carga e a bateria quando o alternador não está a gerar qualquer corrente. Impede a descarga da bateria caso o gerador não esteja a funcionar ou a funcionar a velocidades muito baixas.

A adição periódica de água é um requisito de manutenção em versões anteriores de baterias. Mas as baterias avançadas têm baixos níveis de gaseificação e a adição de água é quase eliminada, ou seja, uma vez em 12 a 18 meses.

Carregador de bateria para aplicações estacionárias

Uma bateria estacionária é a fonte de alimentação de emergência em várias instalações, onde a quebra na alimentação mesmo por uma fração de segundo não é tolerável. Grandes instalações de baterias que são chamadas apenas por um curto período de tempo para fornecer energia são chamadas de fontes de alimentação estacionárias ou de reserva ou de emergência. São utilizados em utilidades, comutadores e outros ambientes industriais. Essas baterias são utilizadas para fornecer energia durante o período inicial até que possam ligar um gerador para que este possa assumir a função.

Embora existam vários tipos de baterias de chumbo-ácido (baterias de placa plana, baterias Planté, baterias de placa cónica, etc.) e baterias de níquel-cádmio (Ni-Cd) disponíveis para esta aplicação, a maioria dos utilizadores prefere baterias tubulares estacionárias do tipo inundadas, particularmente, as do tipo OPzS, para este fim.

A característica mais importante de um banco de baterias estacionário é o fornecimento imediato de energia da bateria em caso de falha normal da rede. Por causa disso, a bateria deve estar sempre em condições de carga completa pronta para funcionar. Portanto, o sistema de cobrança adquire importância. A sua fiabilidade é muito crucial.

Estas baterias são carregadas por um modo de potencial constante. Eles vêm em grupos de tensão de 24, 48, 72, 120 e 130 V. A capacidade pode variar de 40 Ah a poucas milhares de horas.

6 a 50 amperes DC. Estão incluídos alarmes incorporados para alta tensão DC, baixa tensão DC, falha positiva e negativa à terra e fim da descarga. O carregador de bateria industrial possui controles digitais e um visor LCD. Estão incluídas várias características de segurança, tais como a protecção do fio em todos os terminais de campo e a protecção total de entrada e saída AC

Orientações simples para a compra de um carregador de bateria

A seguir estão as diretrizes para a seleção de um carregador de bateria:

  • Conhecer a voltagem da bateria a ser carregada. Para uma célula de chumbo-ácido, para cada célula, são necessários 3 volts para uma carga satisfatória e normal. Assim, para uma bateria de 12 V, compre um carregador com saída de 20 V DC nos terminais.
  • Vindo aos detalhes do ampere (isto é, corrente): a partir da etiqueta da bateria, descubra a capacidade da bateria. Se a capacidade é de 100 Ah a uma taxa de 10 horas, então uma produção de corrente de 10 % é suficiente. Então, sugere-se um carregador de 10 A. Mas você também pode ir por um carregador de 15 A; então o custo será maior. A vantagem é que a bateria pode ser carregada em um tempo menor. As baterias podem absorver correntes mais altas nos períodos iniciais. Assim, você pode cobrar a 15 A para os primeiros 50 % de entrada e depois reduzir a corrente para os 10 % normais %.
  • O carregador pode estar equipado com um voltímetro e amperímetro digital ou analógico. Uma instalação adicional seria um medidor digital Ah. Além disso, pode ser adicionada uma protecção de polaridade inversa. Isto irá proteger tanto a bateria como o carregador.
  • Um retificador de onda completa com filtros é bom para obter uma maior vida útil das baterias. Tal carregador produzirá ondulações CA baixas e assim a corrosão das grelhas positivas e o aumento da temperatura do electrólito durante a carga será menor.
  • Em resumo, para uma bateria de 12 V/100 Ah, um carregador avaliado em 20V/10 amperes com medidores digitais e filtros com rectificação de onda completa e protecção de inversão de polaridade é uma boa compra.

Carregador de bateria para comboios

[Referências: Manual em 25 kW/4,5kW retificador eletrônico cum unidade reguladora (ERRU) de ônibus SG TL &AC,) Setembro de 2019. “Serviços Gerais”: Train Lighting”, por Institution of Railway Electrical Engineers (IREE), Governo da Índia, Ministério dos Caminhos de Ferro, Setembro de 2010].

Onde quer que você vá é necessário electricidade e as carruagens ferroviárias não são excepções para o funcionamento de luzes e ventiladores. Para os autocarros com ar condicionado (AC), é necessária uma boa quantidade de electricidade para o funcionamento das unidades de ar condicionado instaladas no interior do autocarro.

Um dos métodos convencionais para gerar electricidade é a utilização de alternadores accionados pelos eixos das carruagens ferroviárias com uma bateria com capacidade ampere-hora suficiente ligada em paralelo para alimentar a carruagem em condições de baixa tensão. Estes tipos de treinadores são chamados de treinadores “Auto-geradores (SG)”.

Nestas carruagens SG, as unidades rectificadoras cum Regulador (RRUs) controladas por amplificador magnético são utilizadas inicialmente para converter a saída AC do alternador em DC e regular/controlar a tensão DC gerada através da regulação da corrente de campo do alternador. Isto também impede o fluxo inverso de corrente da bateria para o alternador durante os períodos de não geração.

Esta energia DC retificada e regulada é utilizada para operar os vários equipamentos elétricos e acessórios dentro do ônibus e para carregar as baterias.

Baterias de chumbo-ácido de 110 V / 120 Ah10 de capacidade estão dispostas a partir de 3 unidades monobloco de células nas carruagens de bitola larga (B.G.) em caixas de sub-longas . Quatro números de caixas de terminais de alimentação de emergência para B.G. e um número para M.G. coach é fornecido em cada parede final para interligar o coach com o coach adjacente para receber energia, no caso da geração falhar.

Um número de caixas de terminais de emergência é fornecido centralmente em cada lado do quadro inferior para facilitar o carregamento da bateria a partir de fonte externa. (Por exemplo, quando o trem está ocioso em plataformas de entroncamento ferroviário). Para os autocarros AC BG, são utilizados alternadores sem escovas de 18 kW / 25 kW. Dois desses alternadores são utilizados no AC-2 Tier /AC-3 Tier / Chair Cars e apenas um alternador é utilizado no primeiro ônibus AC. Baterias de 800 / 1100 Ah de capacidade a 10 h são utilizadas em I AC / AC-2 Tier / AC-3 Tier/chair car de B.G. Coaches.

Embora o primeiro trem na Índia viajou 34 km com 400 pessoas em 16 de abril de 1883 de Bori Bunder (agora renomeado Mumbai CST) para Thane, o sistema de iluminação do trem (TL) através do dínamo acionado por eixo foi pioneiro pela M/s. J. Stone & Co. veio para a Indian Railways apenas em 1930. Os alternadores Dynamo / brushless movidos do eixo através de correias planas / em ‘V’, alimentam a carga quando o trem está em movimento e carregam as baterias. As baterias alimentam a carga quando o comboio está parado em plataformas e noutros locais.

Os seguintes sistemas de iluminação de comboios estão actualmente em uso –

1) Sistema acionado por eixo que trabalha com alimentação 110 V DC.

2) Geração a meio da geração com 415 V, 3 fases de geração AC 110 V utilização.

3) Fim de geração com geração de 3 fases 415 V e utilização de 110 V AC

4) Fim de geração com geração 3 fases de 750 V e utilização de 110 V AC

Todos os autocarros que estão a ser construídos têm apenas um sistema de 110 V. Os autocarros operados em sistemas 24 V já foram convertidos para um sistema 110 V.

A classificação padrão nos terminais de saída DC da ERRU para diferentes classificações do alternador é dada abaixo:

(i) 25 kW, 130V, 193A

(ii) 4,5 kW 128,5V 35A

A ERRU é montada na estrutura inferior do ônibus e projetada para trabalhar satisfatoriamente em temperaturas que variam de -5 graus a 55 graus C e 98% de umidade relativa. Também é projetado para trabalhar em uma área altamente poeirenta, para suportar vibrações de serviço e choques de manobra.

A transmissão de energia é por correias trapezoidais. Total 12 Números (6 de cada lado) e 4 Números. (apenas um lado) do tamanho C-122 são fornecidos em alternadores AC e TL, respectivamente. A velocidade do alternador varia de 0 a 2500 RPM. O diâmetro da roda da carruagem é de 915 mm quando nova e 813 mm quando totalmente desgastada, o novo diâmetro da roda é considerado para calcular a velocidade do comboio em km/h correspondente à velocidade de corte e à velocidade mínima de saída total (MFO) do alternador.

As características de saída do retificador eletrônico de cum regulador (ERRU) (ambos 25 kW e 4,5 kW) são dadas abaixo:

A tensão de saída DC sem carga é de 135 V no máximo, que pode ser ajustada para 128 ± 0,5 V, 97 A (para baterias de 1100 e 650 Ah) e 128 ± 0,5, 19 A para baterias de120 Ah ) a 1500 rpm (a meio caminho entre as velocidades mínima e máxima), sendo a regulação de tensão de ± 2% %, eficiência de 95% (mínima). A ondulação da tensão é mantida dentro de 2 % %. A variação de carga é de 10 A a 193 A a velocidades de 400 rpm a 2500 rpm (para baterias de 1100 e 650 Ah) e 350 RPM a 2500 rpm (baterias de 120 Ah).

Para as baterias de maior capacidade, a tensão a 15% de sobrecarga é de 120 V (mínimo) a 222 A, sendo a corrente limitada a 230 A (máximo). Para uma bateria de 120 Ah, a voltagem na sobrecarga de 40 A é definida em 115 V (mínimo).

O limite de corrente de carga da bateria é de 220 A para a bateria de 1100 Ah, 130 A para a bateria de 650 Ah e 24 A para a bateria de 120 Ah (máximo). Os dois últimos parâmetros podem ser definidos pelo Controlador de Voltagem Universal (UVC), bem como pelo Painel de Indicação de Autocarros (CIP).

Para a EERU de 4,5 kW, a variação de carga será de 1 A a 37,5 A a 350 RPM a 2500 rpm. A tensão na sobrecarga de 40 A é de 115 V (mínimo), sendo a corrente limitada a 43 A (máximo).

Podemos ver que a corrente de carga é 1100/220 = 5; 650/130= 5 e 120/24 = 5. Isto é, a corrente de carga é limitada para todas estas baterias é C/5 amperes, sendo a voltagem máxima de 128 V. (ou seja, 16 % acima do VFC do banco de baterias).

Para mais detalhes sobre os diagramas de blocos do The Overall Coach, a fiação será como o seguinte diagrama e diagrama de blocos do sistema Alternator-ERRU, o link dado abaixo pode ser consultado:

Carregador de bateria de tracção

O desempenho e a vida útil das baterias da empilhadeira são influenciados pelo carregador de bateria de tração e pelos métodos de carga empregados. O carregador da empilhadeira deve ser selecionado de acordo com a voltagem e Ah das baterias.

Um bom carregador de baterias para empilhadeiras

    • Deve limitar o aumento de temperatura durante a carga
    • Sem sobrecarga indevida, o carregador deve parar de fornecer corrente à bateria no momento certo.
    • Deveria ter facilidade de carga de equalização (ou seja, carga em correntes mais altas).
    • Em caso de situações perigosas, deve ser providenciada uma instalação de desligamento automático.
    • Deve ser programável através de microprocessador ou de um PC.
    • Em alguns carregadores, a agitação de ar através de tubos de ar fino nas células também é fornecida.

A faixa de tensão de carga varia de 24 V a 96 V.

A corrente depende da capacidade da bateria, que varia de 250 Ah a 4000 Ah

Métodos de carregamento de bateria de tracção

Carregamento com um único passo: O carregador começa o seu trabalho a cerca de 16A/100Ah e a corrente cónica à medida que a tensão da célula sobe. Quando a voltagem da célula atinge 2,4V/célula, a corrente atinge 8A/100 Ah e depois alcança a taxa de acabamento de 3 a 4 A/100 Ah. A carga é desligada por um temporizador. Pode levar cerca de 11 a 13 horas (Ah fator de entrada 1,20) para 80% de baterias descarregadas sem agitação de ar.

A diferença no tempo de carga é devido à variação da corrente inicial, ou seja, se a corrente inicial for 16 A/100 Ah, a duração é menor e se for 12A/100Ah, a duração é maior. Com a facilidade de agitação de ar, a duração é reduzida para 9 a 11 horas (Ah fator de entrada 1,10).

Carga cíclica em dois passos (modo CC-CV-CC): É uma melhoria em relação ao método anterior. O carregador começa com uma corrente mais alta de 32 A / 100 Ah. Quando a voltagem da célula atinge 2,4 V por célula, o carregador muda automaticamente para o modo cone e a corrente continua cónica até atingir 2,6 V por célula e a corrente passa para uma taxa de acabamento de 3 a 4 A/100 Ah e continua durante 3 a 4 horas. Pode levar cerca de 8 a 9 horas (Ah fator de entrada 1,20) para 80% de baterias descarregadas sem agitação de ar. Com a agitação de ar, a duração é reduzida para 7 a 8 horas (Ah fator de entrada 1,10).

Carregamento de baterias Gelled VRLA: (modo CC-CV-CC):

O carregador começa com uma corrente de 15 A / 100 Ah. Quando a voltagem da célula atinge 2,35 V por célula, o carregador muda automaticamente para o modo cone e o carregador passa para o modo CV com a mesma voltagem. Isto leva um máximo de 12 horas. O passo CV é mantido constante desde que a corrente de carga caia para um valor limitado de 1,4 A/ 100 Ah. A segunda fase pode durar algumas horas, sendo o máximo de 4 horas. Esta duração depende da duração da primeira fase.

Carregador de baterias para empilhadeiras de alta freqüência

Os carregadores existentes são geralmente de dois tipos: o ferro-resonante e o retificador controlado por silício (SCR). São mais acessíveis, mas também são menos eficientes.
Carregador de bateria que incorpora dispositivos de alimentação de alta frequência, por exemplo, o MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field-effect Transistor) e o IGBT (Isolated Gate Bipolar Transistor) operam em frequências muito superiores às frequências da linha (alguns kHz a algumas centenas de kHz). Em contraste, os MOSFETs e IGBTs, com sua capacidade total de ligar/desligar, podem ser controlados precisamente a qualquer momento para permitir que um carregador produza a saída desejada. Os SCR são dispositivos meio-controlados com um desligamento incontrolável.

Os carregadores HF funcionam como fontes de alimentação comutáveis, o que significa que ligam e desligam os interruptores electrónicos a frequências elevadas (50-170 kHz).

As vantagens desta tecnologia HF incluem:

Carregador de bateria de alta frequência
Até 170 kHz Alta Frequência As perdas com a conversão são menores
Aumento da eficiência de carregamento (87 a 95%) Menor custo energético (até 20%) devido à poupança de energia
Corrente de ondulação AC reduzida Vida mais longa devido à subida de temperatura mais baixa. Custos de manutenção mais baixos devido à menor perda de água
É universalmente adaptável As baterias inundadas, AGM e de gel podem ser todas carregadas sem sobrecarga ou sub-carga.
Tamanho mais pequeno, peso mais leve e maior economia de espaço Tem um espaço menor para os pés e pode ser facilmente montado a bordo.
Estes carregadores estão disponíveis em diferentes gamas, desde carregadores para baterias de 24 V a 80 V com uma corrente de carga de 40 a 300 A.

Carregador de bateria para aplicações de baterias em minas subterrâneas

As baterias de mineração subterrânea são principalmente baterias de chumbo-ácido de ciclo profundo. A tensão típica varia entre 48 e 440 V, e a capacidade varia de 700 Ah a 1550 Ah.

Carregar estas baterias é semelhante a carregar baterias de tracção. As baterias são carregadas em
2,6 V inicialmente com uma corrente de 21 A a 17 A por 100 Ah e finalmente 4,5 A por 100 Ah como taxa de acabamento. O carregamento pode ser completado em 6 a 8 horas.

As baterias estão em conformidade com o IS 5154:2013 Parte 1 (IEC 60254-2006)

Carregador de bateria naval

As baterias para aplicações marítimas podem ser classificadas em dois tipos. As baterias de arranque têm placas mais finas e são capazes de fornecer grandes explosões de energia durante um curto período de tempo. O outro tipo é uma bateria de ciclo profundo usada para outras aplicações marítimas, como acessórios eletrônicos, um motor de corrico e aparelhos elétricos e eletrônicos a bordo. Além disso, as baterias de dupla função funcionam tanto como baterias SLI como baterias de ciclo profundo. Carregadores específicos são utilizados para baterias específicas. O modo CC-CV deve ser usado em baterias de chumbo-ácido VR.

Há também carregadores que podem carregar até quatro baterias simultaneamente. Podem ser carregados todos os tipos de baterias marítimas, baterias VR (tanto AGM como geladas), bem como baterias inundadas de baixa manutenção.

Como as baterias e os carregadores são utilizados em barcos, devem permanecer secos e ter ampla ventilação. Também devem ser impermeáveis, à prova de choque e de vibrações e, se necessário, completamente selados. Além disso, você deve certificar-se de que os carregadores têm uma característica de proteção contra polaridade inversa e capacidades à prova de faíscas.

Carregador de bateria para aplicações solares

Devido a variações na irradiação solar, a saída dos painéis SPV flutua. Como resultado, um rastreador digital de ponto de máxima potência (MPPT) é conectado entre o painel SPV e a bateria para garantir um processo de carga sem preocupações. Um MPPT é um conversor eletrônico DC para DC projetado para otimizar a correspondência entre a matriz solar (painéis PV) e o banco de baterias. Detecta a saída DC dos painéis solares, altera-a para AC de alta frequência e desce para uma tensão e corrente DC diferente para corresponder exactamente às necessidades de energia das baterias. O benefício de ter um MPPT é explicado abaixo.

A maioria dos painéis PV são construídos para uma saída de 16 a 18 volts, embora a tensão nominal do painel SPV seja de 12 V. Mas uma bateria nominal de 12 V pode ter uma gama de tensão real de 11,5 a 12,5 V (OCV), dependendo do estado de carga (SOC). Sob condições de carga, um componente de tensão extra tem de ser entregue à bateria. Nos controladores de carga normais, a energia extra produzida pelo painel SPV é dissipada como calor, enquanto um MPPT detecta os requisitos da bateria e dá uma potência maior se uma potência maior for produzida pelo painel SPV. Assim, o desperdício, a falta de carga e a sobrecarga são evitados através da utilização de um MPPT.

A temperatura afecta o desempenho do painel do SPV. Quando a temperatura aumenta, a eficiência do painel SPV diminui. (Nota: Quando o painel SPV é exposto a uma temperatura mais elevada, a corrente produzida pelo painel SPV aumentará, enquanto que a tensão diminuirá. Como a diminuição da tensão é mais rápida do que o aumento da corrente, a eficiência do painel SPV é reduzida). Pelo contrário, a temperaturas mais baixas, a eficiência aumenta. A temperaturas inferiores a 25°C (que é a temperatura das condições de teste padrão(STC), a eficiência aumenta. Mas a eficiência irá equilibrar-se a longo prazo.

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