Carga flutuante
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Baterias de Espera e Carregamento Flutuante

As baterias utilizadas no fornecimento de energia de emergência para equipamentos de telecomunicações, alimentação ininterrupta (UPS), etc., são continuamente carregadas (ou flutuadas) a uma tensão constante igual a OCV + x mV. O valor de x depende do design e do fabricante do Standby. Normalmente, o valor de flutuação será de 2,23 a 2,30 V por célula. Uma bateria em serviço de flutuação é uma bateria sujeita a carga contínua e é chamada para funcionar apenas em caso de interrupções de energia. Este valor de potencial constante é suficiente para mantê-los em condições de carga total. Além de carregar para compensar a descarga anterior, a carga de potencial constante (CP) compensa os processos de autodescarga que ocorrem quando a bateria está ociosa.

Como funciona o carregador de bóia?

Um carregador flutuante carrega continuamente as baterias em tensões predefinidas, independentemente do estado de carga. O aparelho não está desconectado do carregador. As condições locais, como cortes de energia e temperatura ambiente, serão consideradas para decidir sobre uma regulação mais exacta da tensão de flutuação. A capacidade é o aspecto mais importante deste cenário. O carregador também pode ter um dispositivo de reforço para preparar a bateria para o próximo corte de energia onde houver queda de energia freqüente.

As condições de carregamento são:

  • Tipo de carregamento: Potencial constante a 2,25 a 2,30 V por célula, com uma compensação de temperatura de – mV a – 3 mV por célula
  • Corrente inicial: Máximo de 20 a 40% da capacidade nominal
  • Tempo de carga: contínuo, independentemente do SOC

Alguns fabricantes dizem que o carregamento de baterias de chumbo-ácido é mais eficiente na faixa de 15-30°C e que não é necessária compensação de temperatura se a temperatura ambiente estiver na faixa de 0 a 40°C. Caso contrário, um circuito de compensação de temperatura incorporado para aumentar a eficiência da carga pode ser considerado. É desejável uma compensação de temperatura de menos 2 a menos 3 mV por oCpor célula, com base em 20-25°C.

A tabela seguinte é um guia para a compensação de temperatura.

Tabela 1. Compensação de temperatura para tensão de flutuação para uma bateria de 12 V

[http:// www. eastpenn-deka.com/assets/base/0139.pdf]

Temperatura, °C

Tensão de flutuação, Volts

Optimum

Máximo

≥ 49

12.8

13

44-48

12.9

13.2

38-43

13

13.3

32-37

13.1

13.4

27-31

13.2

13.5

21-26

13.4

13.7

16-20

13.55

13.85

10-15

13.7

14

05-09

13.9

14.2

≤ 4

14.2

14.5

O que é a carga de flutuação e o aumento da carga?

O equipamento de carregamento pode estar tendo duas taxas de carga normalmente. E são:

  • Carregamento de impulso rápido
  • Carregamento por gotejamento

As instalações são normalmente incorporadas para um rápido reforço para recarregar a bateria após uma descarga de emergência. A parte impulsionadora tem invariavelmente uma saída de até 2,70 V por célula para recarregar a bateria para um tipo inundado e até 2,4 a 2,45 para baterias VRLA. A saída de carga trickle é capaz de compensar a auto-descarga e outras perdas internas da bateria, a um nível de voltagem de 2,25 V por célula. As saídas necessárias, em termos de corrente, dependerão do tamanho da bateria.

Estação de carga de prateleira flutuante

Para baterias que não puderam ser enviadas durante várias semanas, há a necessidade de manter a bateria totalmente carregada até o embarque. Para tais baterias, há duas opções de carga por gotejamento quando se espera na prateleira. Ou várias baterias são ligadas em série e carregadas a uma densidade de corrente de 40 a 100 mA/100 Ah de capacidade nominal ou pode haver vários circuitos individuais para carregar cada bateria separadamente. Todas essas baterias são carregadas em flutuação um pouco acima do seu OCV, como discutido acima.

Baterias AGM VRLA de carga flutuante

A carga flutuante das baterias AGM não é diferente da carga flutuante das baterias convencionais inundadas. Mas há várias diferenças no funcionamento do processo de carga de flutuação que ocorre nas duas variedades.
As baterias VRLA têm baixa resistência interna e, portanto, podem aceitar muito bem a carga na parte inicial do período de carga.
Um carregador com potencial constante, regulado por voltagem e compensado por temperatura é o melhor carregador para baterias VRLA.

A tensão de carga do flutuador CP é normalmente de 2,25 a 2,30 V por célula. Não há limite para a corrente de carga de flutuação. Mas, para uma carga de impulso com uma tensão CP de 14,4 a 14,7 para baterias VRLA, uma corrente máxima inicial de 30 a 40 por cento da capacidade nominal em amperes é estipulada pela maioria dos fabricantes (tanto do tipo inundado como do tipo VRLA). Uma variação de ± 1 % no valor da tensão de flutuação e ± 3 % para a tensão de carga de impulso são prescritos pela maioria dos fabricantes.

[1. https://www.thebatteryshop.co.uk/ekmps/shops/thebatteryshop/resources/Other/tbs-np65-12i-datasheet.pdf 2. https://www.sbsbattery.com/media/pdf/Battery-STT12V100.pdf 3. https://eu.industrial.panasonic.com/sites/default/pidseu/files/downloads/files/id_vrla_handbook_e.pdf]

Efeitos da temperatura na vida de flutuação das baterias VRLA

A temperatura tem uma influência tremenda na vida útil das baterias de chumbo ácido regulado por válvula. Para cada 10°C de aumento na temperatura de operação, a expectativa de vida é reduzida pela metade. Os números apresentados abaixo confirmam este facto. A vida do flutuador a 20°C é de cerca de 10 anos para um determinado produto Panasonic. Mas a 30°C, a vida é de cerca de 5 anos. Da mesma forma, a vida a 40°C é de cerca de 2 anos e 6 meses [Figure 10 in https://eu.industrial.panasonic.com/sites/default/pidseu/files/downloads/files/id_vrla_handbook_e.pdf].

Página 6 em http:// news.yuasa. co.uk/wp-content/uploads/2015/05/SWL-Shortform.pdf].

Por isso, se um consumidor quiser optar por uma bateria nova, ele deve levar em consideração a temperatura ambiente média e a vida útil a essa temperatura. Se ele quer uma bateria para durar 5 anos a 30 a 35oC, ele deve ir para uma bateria projetada para 10 anos de vida a 20oC.

Vida útil de carga flutuante a diferentes temperaturas

Fig 1 Vida flutuante a diferentes temperaturas dos produtos Panasonic VR
https://eu.industrial.panasonic.com/sites/default/pidseu/files/downloads/files/id_vrla_handbook_e.pdf

Float life at different temperatures

Fig 2 Vida flutuante a diferentes temperaturas dos produtos Yuasa (UK) VR

http://news.yuasa.co.uk/wp-content/uploads/2015/05/SWL-Shortform.pdf

British Standard 6240-4:1997, dá a dependência da vida da temperatura entre 20 e 40°C.

Vida cíclica das baterias VRLA

Em comparação com a vida útil do flutuador, a vida útil cíclica das baterias VR será menor, devido à quantidade de materiais ativos utilizados por ciclo. Em funcionamento flutuante, as baterias são chamadas para fornecer energia apenas quando há interrupções de energia. Mas, no modo cíclico, a bateria é descarregada até à profundidade de descarga necessária(DOD) de cada vez e carregada imediatamente. Esta descarga seguida da carga é denominada de “ciclo”. A vida do ciclo depende da quantidade de materiais convertidos por ciclo, ou seja, DOD. Quanto mais baixa a conversão, mais alta é a vida. A tabela seguinte mostra a vida útil dos produtos Panasonic VRLA até 60 % e 80 % de capacidade DOD em fim de vida para três níveis de DOD.

Tabela 2. Ciclos de vida aproximados dos produtos Panasonic VRLA a 60 % e 80 % de fim de vida DOD para três DODs a uma temperatura ambiente de 25oC. [Adaptado de https://eu.industrial.panasonic.com/sites/default/pidseu/files/downloads/files/id_vrla_handbook_e.pdf Figura na página 22]

DOD ao fim da vida

Ciclos de vida a 100% DOD

Ciclos de vida a 50 % DOD

Ciclos de vida a 30 % DOD

Vida até 60 % DOD

300

550

1250

Vida até 80 % DOD

250

450

950

  • Temperatura e corrente de flutuação

Tabela 3. Corrente de flutuação a 2,3 V por célula para três tipos de células de chumbo-ácido a diferentes temperaturas

[[Adaptado de C&D Technologies https://www. cdtechno. com/pdf/ref/41_2128_0212.pdf

Figura 19, Página 22]

Temperatura, °C

Corrente aproximada, mA por Ah20

Células de cálcio inundadas

25

0.25

30

0.35

40

0.6

50

0.9

60

1.4

Células Gelled VR

25

0.6

30

0.75

40

1.5

50

3

60

6

Células AGM VR

25

1.5

30

2

40

3.5

50

8

60

15

  • Teste de adequação à operação de flutuação [IEC 60896-21 e 22:2004]

O IEC fornece um procedimento de teste para verificar a adequação das células VR à operação de flutuação. As células ou baterias devem ser sujeitas a uma tensão flutuante de VFloat que deve ser especificada pelo fabricante na faixa típica de 2,23 a 2,30 VOLTS PER CELL. A voltagem inicial de cada célula ou bateria monobloco deve ser medida e anotada. Após 3 meses, a tensão de cada célula ou bateria monobloco deve ser medida e anotada. Após 6 meses de operação flutuante, as células ou monoblocos devem ser submetidos ao teste de capacidade. A capacidade real na descarga deve ser maior ou igual à capacidade nominal.

  • Variação da tensão de flutuação de célula a célula

Devido às variáveis inerentes ao processo, as tensões das células individuais ou das baterias variam necessariamente em uma faixa de tensão de operação de flutuação. As pequenas diferenças nos parâmetros internos das placas como o peso dos materiais ativos, a porosidade dos materiais ativos e as diferenças na compressão das placas e na compressão AGM, variação no volume do eletrólito, etc., causam esta variação. Mesmo com rigorosos controles de qualidade (tanto em materiais quanto em controles de processo nas operações da unidade), os produtos VR mostram variações de célula para célula resultando em distribuição “bimodal” das tensões celulares durante a operação de flutuação.

Em uma célula convencional com excesso de eletrólito inundado, as duas placas carregam independentemente uma da outra. Os gases oxigénio e hidrogénio têm baixas taxas de difusão em soluções de ácido sulfúrico. Os gases evoluíram durante a saída de carga das células porque não têm tempo suficiente para interagir com as placas.

Nas células VRLA o fenómeno do ciclo do oxigénio torna este quadro complexo. Como no caso das células inundadas, a decomposição da água ocorre na placa positiva; também ocorre corrosão na grelha. Embora alguns gases de oxigénio escapem das células VR nas fases iniciais da carga da bóia (devido a condições de não estar faminto), a criação de trajectórias de gás ocorre após o nível de saturação reduzir-se dos níveis iniciais de 90 a 95 % para níveis mais baixos.

Agora, a reacção inversa da decomposição da água que ocorreu na placa positiva começa a ter lugar na placa negativa:

Decomposição da água em PP: 2H2O → 4H+ + O2 ↑ + 4e-………………………. (1)

Redução de O2 (= recombinação de O2) no NP: O2 + 4H+ + 4e- → 2H2O + (Calor) …………. (2)

[2Pb + O2 + 2H2SO4 → 2PbSO4 + 2H2O+ Calor] …….. (3)

Os seguintes pontos podem ser observados a partir das reações acima:

  • Vê-se que o resultado líquido é a conversão da energia eléctrica em calor.
  • Assim, quando uma bateria VR entra na fase de ciclo de oxigénio, as baterias tornam-se mais quentes.
  • O oxigénio gasoso não se perde para a atmosfera
  • O chumbo no NAM é convertido em sulfato de chumbo e assim o potencial do NP torna-se mais positivo; isto resultará na prevenção da evolução do hidrogénio
  • Para compensar a diminuição da tensão NP, as placas positivas tornam-se mais positivas e ocorre mais evolução do oxigénio e corrosão (para que a tensão de flutuação aplicada não seja alterada). O oxigénio assim produzido será reduzido no NP, o que resulta num potencial mais positivo para o NP.

Devido ao consumo de corrente para recombinação de oxigénio, as correntes de flutuação são cerca de três vezes superiores para as baterias VRLA do que para os produtos inundados, como foi apontado por Berndt [D. Berndt, 5th ERA Battery Seminar and Exhibition, Londres, Reino Unido, Abril de 1988, Sessão 1, Paper 4. 2. R.F. Nelson em Rand, D.A.J; Moseley, P.T; Garche. J ; Parker, C.D.(Eds.) Valve-Regulated Lead- Acid Batteries, Elsevier, New York, 2004, Chapter 9 , page 258 et seq. ].

Tabela 4. Carga flutuante: Comparação das correntes de flutuação, evolução do calor e remoção de calor para uma bateria ventilada e VRLA

Detalhes

Célula inundada

Células VR

Observações

Tensão de flutuação por célula, Volts

2.25

2.25

Mesma tensão de flutuação

Corrente de flutuação de equilíbrio, mA/100 Ah

14

45

Aproximadamente 3 vezes mais em baterias VR

Entrada de energia equivalente, mW

31,5 mW (2,25 V X 14 mA).

101,25 mW (2,25 V X 45 mA).

Aproximadamente 3 vezes mais em baterias VR

O calor removido através da gaseificação, mW

20,72 mW (1,48 V X 14 mA). (20.7/31.5 – 66 %)

5,9 (1,48 V x 4 mA)

(5.9/101.25 = 5.8 %)

Um décimo das células inundadas

Balanço de calor, mW

31.5-20.72 = 10.78

101.25 – 5.9= 95.35

Conversão da corrente de carga de flutuação em calor, porcentagem

10.8

95

Aproximadamente 9 vezes em baterias VR

  • Tensão de gaseamento e carregamento

Normalmente, a eficiência do ciclo de oxigênio na tensão de flutuação recomendada recombina todo o oxigênio gerado na placa positiva para a água na placa negativa e, portanto, não ocorre perda de água ou perda insignificante, e a evolução do hidrogênio é inibida.

Mas, se a tensão ou corrente recomendada for excedida, a gaseificação começa a ocorrer. Ou seja, a geração de oxigênio excede a capacidade da célula de recombinar o gás. Em casos extremos, tanto o hidrogénio como o oxigénio são evoluídos e ocorre perda de água, acompanhada de mais geração de calor.

Tabela 5. Emissão de gás e corrente de flutuação em diferentes tensões de flutuação da célula eletrolítica VR gelada, 170 Ah

[Adaptado de C&D Technologies www . cdtechno .com/pdf/ref/41_2128_0212.pdf

Figura 17, Página 21]

Tensão de carregamento, Volts

Geração aproximada de gás, ml por minuto

Geração aproximada de gás, ml por Ah por minutoº

Corrente aproximada, Amperes

Corrente aproximada, miliamperes por Ahº

< 2.35

Nulo

Nulo

2.35 Início da gaseificação

0.4

2.35

2.4

1.5

0.0088

0.45

2.65

2.46

3.5

0.0206

0.6

3.53

2.51

10

0.0588

1.4

8.24

2.56

24

0.1412

3

17.65

º Valores calculados

  • Tensão e corrente de carga

Tabela 6. Tensão de flutuação vs. corrente de flutuação para baterias VRLA geladas e AGM

[Adaptado de C&D Technologies www . cdtechno.com /pdf/ref/41_2128_0212.pdf

Figura 18, Página 22]

Tensão de flutuação (Volts)

Corrente, mA por Ah

Bateria Gelled VR

Bateria AGM VR

2.20

0.005

0.02

2.225

3

9

2.25

6

15

2.275

9.5

22

2.30

12

29

2.325

15

39

2.35

25

46

2.375

30

53

2.40

38

62

2.425

45

70

2.45

52

79

Tabela 7. Corrente de flutuação para baterias de cálcio inundadas, geladas e AGM VRLA a diferentes temperaturas para 2,3 volts por carga de flutuação por célula

[Adaptado de C&D Technologies www . cdtechno. com/pdf/ref/41_2128_0212.pdf

Figura 19, Página 22]

Temperatura da célula, °C

Corrente, mA por Ah20

Bateria de cálcio inundada

Bateria Gelled VR

Bateria AGM VR

25

0.25

0.65

1.5

30

0.375

0.9

2

35

0.425

1.25

3

40

0.55

1.6

4.1

45

0.7

2

6

50

0.875

3.5

7.5

55

1.15

3.75

11.1

60

1.4

6

15

  • Tensão de flutuação, temperatura de funcionamento e vida útil

A sobrecarga a uma tensão de flutuação superior à recomendada irá reduzir drasticamente a vida útil das baterias. Este gráfico mostra o efeito na vida útil de uma bateria de gel sobrecarregada.

Tabela 8. Porcentagem de ciclo de vida das células de gel versus voltagem de recarga (voltagem recomendada para carga de 2,3 a 2,35 V por célula)

www. Eastpenn-deka. com/assets/base/0139.pdf

Recarga de tensão

Porcentagem de ciclo de vida das células de gel

Recomendado

100

0.3 V mais

90

0,5 mais

80

0,7 mais

40

Ron D. Brost [Ron D. Brost, Proc. Décima terceira Conf. Anual de Bateria. Applications and Advances, Califórnia Univ., Long Beach, 1998, pp. 25-29]. relatou os resultados do ciclismo em 12V

VRLA (Delphi) a 80% DOD a 30, 40 e 50 oC. As baterias foram sujeitas a 100% de descarga a 2-h a cada 25 ciclos a 25pC para determinar a capacidade. Os resultados mostram que a vida útil do ciclo a 30oC é de cerca de 475 enquanto, o número desce para 360 e 135, aproximadamente a 40 e 50oC, respectivamente.

A inter-relação entre a tensão de flutuação, a temperatura de flutuação e a vida

Figura 3. A dependência da vida útil do flutuador em relação à tensão e temperatura de flutuação

[Malcolm Winter,3rd ERA Battery Seminar, 14 de Janeiro de 1982, Londres, (ERA Report No. 81-102, pp. 3.3.1. para

Vida útil do flutuador na tensão de flutuação
  • Aumento do volume do electrólito e da temperatura durante a carga da bóia

O aumento de temperatura durante a carga é o menor nas células inundadas e o maior nas células AGM VR. A razão reside no volume do electrólito que os diferentes tipos de células têm. A tabela seguinte ilustra este facto. Devido ao maior volume de eletrólito em comparação com as células AGM, as células de gel podem suportar uma descarga mais profunda.

Tabela 9. Tipo de bateria e volumes relativos de electrólitos

sv-zanshin .com/r/manuals/sonnenschein _gel_handbook_part1.pdf]

Células inundadas, OPzS

Células gelatinosas, células Sonnenschein A600

Células AGM, IIP Absoluto

Células gelatinosas, células Sonnenschein A400

Células AGM, Marathon M, FT

1

0,85 a 0,99

0,55 a 0,64

1

0,61 a 0,68

1

0,56 a 0,73

1,5 a 1,7

1

1.4 a 1.8

1

  • A tensão espalhada na carga de flutuação

A tensão espalhada em uma seqüência de baterias VR operadas por bóia varia em diferentes períodos após o início da carga da bóia. Inicialmente, quando as células estão tendo mais eletrólitos do que a condição de fome, as células estarão experimentando tensões mais altas e aquelas com boa recombinação exibirão tensões celulares menores (devido à diminuição do potencial negativo das placas); células com maior volume de ácido terão placas negativas polarizadas que exibirão tensões celulares maiores levando à evolução do hidrogênio.

Enquanto a soma de todas as tensões individuais das células é igual à tensão da cadeia aplicada, as tensões individuais das células não serão as mesmas para todas; algumas terão tensões mais altas (devido à condição de não estar faminto e à evolução do hidrogênio) do que a tensão por célula impressionada e outras terão tensões mais baixas (devido ao ciclo do oxigênio). Um exemplo

deste fenómeno é dada por Nelson [1]. R.F. Nelson em Rand, D.A.J; Moseley, P.T; Garche. J ; Parker, C.D.(Eds.) Valve-Regulated Lead- Acid Batteries, Elsevier, New York, 2004, Chapter 9 , page 266 et seq. 2. R.F. Nelson, Actas do 4º Seminário Internacional de Bateria de Ácido Líder, São Francisco, CA, EUA, 25-27 de Abril de 1990, pp. 31-60].

Tabela10. Dados de distribuição de tensão de células individuais para células VR prismáticas de 300 Ah em uma matriz de 48-V/600-Ah flutuaram a 2,28 volts por célula.

[R.F. Nelson em Rand, D.A.J; Moseley, P.T; Garche. J ; Parker, C.D.(Eds.) Valve-Regulated Lead- Acid Batteries, Elsevier, New York, 2004, Capítulo 9 , página 266 et seq].

Tensão original

Após 30 dias de carga de flutuação

Após 78 dias de carga de flutuação

Após106 dias de carga de flutuação

Faixa de voltagem, V

Espalhamento, mV

Faixa de voltagem, V

Espalhamento, mV

Faixa de voltagem, v

Espalhamento, mV

Faixa de voltagem, V

Espalhamento, mV

2.23 a 2.31

80

2.21 a 2.37

160

2.14 a 2.42

280

2.15 a 2.40

250

Pode-se ver que algumas células podem ir para a fase de gaseamento (2,42 V) e algumas inferiores à tensão impressionada de 2,28 V por célula.

Alguns autores acreditam que as tensões celulares estabilizam dentro de seis meses após a operação de flutuação e a variação nas tensões celulares estará dentro de ±2,5% do valor médio. Isto significa que para o valor médio de 2,3

VOLTA POR CÉLULA, a variação estará na faixa de 2,24 – 2,36 (ou seja, 60mV menos ou mais para operação de 2,3V).[Hans Tuphorn, J. Power Sources, 40 (1992) 47-61].

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Figura 4. Variação da célula para uma voltagem de célula de uma nova UPS 370V Bóia da bateria carregada com voltagem flutuante = 2,23 Vpc

[Hans Tuphorn, J. Power Sources, 40 (1992) 47-61]

Variação da voltagem da célula para uma voltagem de célula
  • Carga flutuante e a importância de controlar as tensões das células:

É muito essencial controlar as tensões celulares durante os períodos de carga de flutuação. Experiências realizado em uma bateria VR de 48V/100Ah de telecomunicação ilustram este fato.

As células foram flutuadas a 2,3 V por célula com uma corrente de 0,4 – 0 ,6mA/Ah e a temperatura da extremidade

células, célula central e arredores eram iguais). A tensão de flutuação para o fio é de 2,3 V x 24 células = 55,2 V.

Tabela 11. 2,3 V Carga flutuante de baterias de Telecomunicações 48 V, baterias de 100 Ah, com uma corrente de 0,4 – 0 ,6mA/Ah

[Matthews, K; Papp, B, R.F. Nelson, em Power Sources 12, Keily, T; Baxter, B.W.(eds) International Power Sources Symp. Comité, Leatherhead, Inglaterra, 1989, pp. 1 – 31].

Não. de células em curto-circuito

A voltagem das células sobe para, Volts

A corrente de flutuação aumenta para (mA por Ah)

Temperatura da célula aumentada por, °C

Duração para o aumento da referida temperatura, horas

Observações

Um

2.4 (55.2 ÷ 23)

2.5

1

24

Nenhum aumento de temperatura

Dois

2.51 (55.2 ÷ 22)

11

5

24

Subida mínima de temperatura

Três

2.63 (55.2 ÷ 21)

50

12

24

Começa a entrar em fuga térmica

Quatro

2.76 (55.2 ÷ 20)

180

22

1

Entra numa condição de fuga térmica.

H2S gás gerado

Os dados acima indicam que o curto-circuito de 1 ou 2 células não seria desastroso do ponto de vista térmico.

Desde que as células VR não sejam utilizadas em condições abusivas (por exemplo > 60°C e correntes de carga elevadas ou tensões de flutuação superiores a 2,4 V por célula), não emitem gases H2S ou SO2. Se estes gases forem produzidos, os componentes circundantes de cobre e latão e outras peças electrónicas ficarão contaminados e manchados. Assim, é essencial monitorizar as tensões celulares das baterias no flutuador.

  • Fuga térmica

As altas tensões e correntes de flutuação levam a temperaturas celulares mais altas. Por isso, uma boa ventilação é obrigatória para todos os tipos de pilhas. Quando a temperatura produzida dentro de uma célula VR (devido ao ciclo de oxigênio e outros fatores), não pode ser dissipada pelo sistema celular, a temperatura sobe. Quando esta condição persistir por mais tempo, a secagem do eletrólito e o aumento da temperatura devido à geração de gases (O2 e H2) levará a danos no frasco da célula e pode ocorrer o estouro.

Os números apresentados abaixo mostram alguns exemplos dos resultados do fenómeno da fuga térmica:

Incêndio devido à fuga térmica
Incêndio devido à fuga térmica
Curto Circuito devido à Fuga Térmica
Curto Circuito devido à Fuga Térmica
Destruição de contentores devido à Fuga Térmica
Destruição de contentores devido à Fuga Térmica
Explosão devido à fuga térmica
Explosão devido à fuga térmica

Figura 5. Efeitos de fuga térmica

[https://www. cpsiwa. com/wp-content/uploads/2017/08/14.-VRLA-Battery-White-Paper-Final-1.pdf]

  • Flutuador Tensão de carga e factor de aceleração positiva da corrosão da placa

A tensão de carregamento tem uma grande influência na vida útil do VRLA como a temperatura. A taxa de corrosão da asa positiva depende do potencial em que a placa é mantida. Figura[Piyali Som e

Joe Szymborski, Proc. 13ª Conf. Anual de Bateria Applications & Advances, Jan 1998, California State Univ., Long Beach, CA pp. 285-290A Figura 1 mostra que a taxa de corrosão da grelha tem um intervalo de valores mínimo que é o nível óptimo de polarização da placa (ou seja, 40 a 120 mV). Este nível de polarização da placa corresponde a um ajuste ideal da tensão de flutuação. Se o nível de polarização positiva da placa (PPP) estiver abaixo ou acima do nível ótimo, a taxa de corrosão da grade aumenta rapidamente.

Figura 6. Aceleração positiva da corrosão da grelha vs. polarização positiva da placa

[Piyali Som e Joe Szymborski, Proc. 13ª Conf. Anual de Bateria Aplicações & Avanços, Jan

1998, California State Univ., Long Beach, CA pp. 285-290].

Polarização positiva da placa
Aceleração positiva da corrosão da grelha vs. polarização positiva da placa
  • Potencial da placa e Polarização

A relação entre a tensão de flutuação e a polarização positiva da placa (PPP) é muito importante. A Figura 7 mostra um exemplo de níveis de polarização positiva da placa (PPP) para várias tensões de flutuação a quatro temperaturas diferentes. Polarização é o desvio da tensão de circuito aberto (OCV) ou do potencial de equilíbrio. Assim, quando uma célula chumbo-ácida com um OCV de 2,14 V (OCV depende da densidade do ácido empregado para encher a bateria (OCV = gravidade específica + 0,84 V) é flutuada a uma tensão de 2,21 V, ela é polarizada por 2210-2140 = 70 mV. Os níveis ótimos de polarização da placa variam entre 40 e 120 mil volts. A tensão de flutuação recomendada é de 2,30 V por célula.

Figura 7. Exemplo de efeitos de tensão flutuante na polarização positiva da placa [Piyali Som e Joe Szymborski, Proc. 13th Conf. Anual de Bateria Applications & Advances, Jan 1998, California State Univ., Long Beach, CA pp. 285-290].

Exemplo de efeitos de tensão flutuante na polarização positiva da placa
  • Carga flutuante da bateria de um carro

Se alguém quiser carregar a bateria de um carro (ou bateria de arranque do automóvel ou SLI), deve ir para um carregador de potencial constante que também pode definir o limite de corrente. O sistema automotivo de bordo é projetado para carregar a bateria do carro em um modo de carga modificada de potencial constante. Este modo nunca permitirá que a bateria exceda o limite de voltagem definido e, portanto, é seguro.

A duração para carregar completamente a bateria do carro depende do seu estado de carga, ou seja, se a bateria está totalmente descarregada ou meia descarregada ou totalmente descarregada e deixada por alguns meses sem recarga.

Dependendo da corrente nominal (ampere rating) do carregador e da capacidade da bateria, algumas horas ou mais de 24 horas.

Por exemplo, uma bateria de 12V, 60 Ah de capacidade, se totalmente descarregada, pode ser recarregada em 25 a 30 horas, desde que o carregador seja capaz de carregar a bateria a 2 a 3 amperes.

Se você não conhece a capacidade Ah, você pode descobrir a capacidade por vários métodos:

  1. A partir da etiqueta da bateria
  2. Conheça do concessionário o modelo da bateria para aquele carro em particular.
  3. Da classificação de capacidade de reserva (RC), se dada na bateria
  4. A partir da classificação CCA (amperes de arranque a frio), se dada na bateria (consulte o padrão indiano ou qualquer padrão de bateria Starter que dá as classificações RC e CCA. Exemplo IS 14257).

Assim, podemos ajustar o tempo de cobrança.

É sempre aconselhável desligar a bateria do carregador quando este estiver completamente carregado. A voltagem permanecerá constante se a bateria estiver totalmente carregada. Além disso, o amperímetro do carregador irá mostrar uma corrente muito baixa na faixa de 0,2 a 0,4 ampere constante durante duas a três horas.

  • Baterias LiFePO4 de carga flutuante

O carregamento das baterias VR e LiFePO4 são baterias semelhantes nos aspectos:

  1. Fase 1: Ambos podem iniciar a carga num modo de corrente constante (CC) (até 80 % de entrada)
  2. Etapa 2: Passar para o modo CP quando a tensão definida for atingida (Carga total)
  3. Etapa 3: A terceira etapa é a carga trickle (opcional no caso de células VR e não necessária no caso de células LiFePO4 devido ao risco de sobrecarga e as reacções deletérias que a acompanham em ambos os eléctrodos).

A diferença na primeira etapa para os dois tipos de baterias é a corrente de carga. No caso de células LiFePO4, a corrente pode chegar a 1 amperes de C. Mas no caso das baterias VR, recomenda-se um máximo de 0,4 C A. Portanto, a duração da primeira etapa será muito curta no caso das baterias LiFePO4, tão baixa quanto uma hora. Mas no caso das baterias VR, esta etapa levará 2 horas a 0,4 C A e 9 horas a 0,1 C A.

Como na primeira etapa, a segunda etapa também leva menos tempo no caso das células LiFePO4 (até 15 minutos), enquanto que leva de 4 horas (0,4 C A) a 2 horas (0,1 C A).

Assim, em geral, as células LiFePO4 demoram cerca de 3 a 4 horas enquanto as células VR demoram 6 horas (a 0,4 C A e 2,45 V CP de carga) a 11 horas (a 0,1 C A e 2,30 V CP de carga)

Figura 8. Carga de tensão constante das células Panasonic VR a 2,45 V e 2,3 V por célula em diferentes correntes iniciais [https://eu.industrial. panasonic.com/sites/default/pidseu/files/downloads/files/id_vrla_handbook_e.pdf]

Carga de tensão constante das células Panasonic VR a 2,45 V e 2,3 V por célula em diferentes correntes iniciais

Notas:

Condições de teste:

Descarregar: 0,05 C Uma descarga de corrente constante (taxa de 20 h)

Tensão de corte: 1,75 V por célula

Carga: 2,45 V por célula —————–

2,30 V por célula ___________

Temperatura: 20°C

Figura 9. Perfil de carga da bateria VRLA

[https://www. power-sonic. com/blog/how-to-charge-lithium-iron- phosphate-lifepo4-batteries/]

Figura 9. Perfil de carga da bateria VRLA

Figura 10. Perfil de carga da bateria do LiFePO4

[https://www. power-sonic.com/blog/how-to-charge-lithium-iron-phosphate -lifepo4-batteries/]

Figura 10. Perfil de carga da bateria do LiFePO4

Como mencionado no início, a fase de carga de gota não é necessária para as células do LiFePO4. Pode ser necessário para células VR após um período de armazenamento de alguns meses. Mas se qualquer uso de tempo estiver previsto, as células VR podem ser colocadas em carga trickle a 2,25 a 2,3 V por célula.

As células LiFePO4 não devem ser armazenadas a 100 % SOC e é suficiente se forem descarregadas e carregadas a 70 % SOC uma vez em 180 dias a 365 dias de armazenamento.

A tensão de carregamento (por exemplo 4,2 V por célula no máximo) deve ser controlada a ± 25 a 50 mV por célula, dependendo da química da célula, do tamanho da célula e do fabricante. Uma corrente de 1C amperes é aplicada inicialmente até que o limite de tensão da célula seja atingido. A partir daí, o modo CP é ligado. Quando a tensão máxima é aproximada, a corrente desce a um ritmo constante até que o carregamento termine a uma corrente de aproximadamente 0,03 C, dependendo da impedância da célula. Com uma corrente inicial de 1 C amperes, uma célula de iões de lítio atinge a carga total em 2,5 a 3 horas.

Alguns fabricantes permitem aumentar a corrente inicial para 1,5 C amperes. Mas a corrente inicial de 2,0 C amperes não é geralmente permitida pelos fabricantes, porque as correntes mais altas não diminuem sensivelmente o tempo de carga. [Walter A. van Schalkwijk in Advances in Lithium-Ion Batteries, Walter A. van Schalkwijk e Bruno Scrosati (Eds.), Kluwer Academic, New York, 2002, Ch 15, página 463 e seguintes.]

Embora sejam solicitadas recargas de muito curto prazo para as células LiFePO4, é de salientar que o investimento será muito elevado para um carregador deste tipo, tendo em conta a potência do carregador.

Em termos práticos, podemos carregar uma bateria de iões de lítio de 100 Ah a 100 amperes (1C amperes) enquanto uma bateria VR equivalente pode ser carregada a um máximo de 40 amperes (0,4 C amperes). A corrente final para as células Li seria para esta bateria de 3 amperes, enquanto que para a bateria VR a corrente final de flutuação de carga seria de cerca de 50 mA. A duração total da carga será de 3 a 4 horas para uma célula Li e uma célula VR, seria cerca de 10 horas.

Não há necessidade de uma carga de gotejamento para as células Li enquanto para as células VRLA, elas podem precisar de uma carga de gotejamento após 3 a 4 meses. As células VR podem ser armazenadas a 100 % SOC, enquanto as células de lítio devem ser armazenadas a menos de 100 % SOC.

As células de iões de lítio totalmente carregadas não devem ser mais carregadas. Qualquer corrente fornecida a uma bateria de iões de lítio totalmente carregada resultará em danos para a bateria. Um pouco de sobrecarga pode ser tolerada, mas as condições extremas levarão ao estouro e ao disparo se não forem protegidas pelo sistema de gestão de baterias (BMS)

Para leitura adicional, por favor consulte https://battlebornbatteries.com/charging-battleborn-lifepo4-batteries/

https://www.electronicsweekly.com/market-sectors/power/float-charging-lithium-ion-cells-2006-02/

Figura 11. Fases de carga de um algoritmo de carga padrão de íon-lítio

[Walter A. van Schalkwijk in Advances in Lithium-Ion Batteries, Walter A. van Schalkwijk e Bruno Scrosati (Eds.), Kluwer Academic, New York, 2002, Ch 15, página 464].

Figura 11. Fases de carga de um algoritmo de carga padrão de íon-lítio
  • Baterias de iões de lítio com carga flutuante – voltagem flutuante ião de lítio

Não é necessário o carregamento de baterias de iões de lítio. Elas também não devem ser armazenadas em condições de carga completa. Podem ser descarregados e carregados a 70% de SOC uma vez em 6 a 12 meses, se for previsto um longo armazenamento.

float charging e trickle charging

  • Qual é a diferença entre carga por gotejamento e carga por flutuação?

Acarga por gotejamento é uma taxa de manutenção para recarregar a carga. Uma taxa de manutenção compensa apenas a auto-descarga. Dependendo da idade e do estado 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 trickle). Estas baterias devem ser recarregadas após cada descarga. Assim que a bateria estiver totalmente carregada, deve ser desligada do carregador. Caso contrário, a bateria será danificada.

A carga de flutuação é uma carga contínua de tensão constante e a bateria está sempre preparada para fornecer a energia necessária, pois está sempre em condições de carga total.

Por quanto tempo se pode carregar uma bateria?

As tensões de carga flutuante são mantidas num valor suficientemente alto para compensar a auto-descarga da bateria e para manter a bateria sempre em condições de carga total, mas suficientemente baixo para minimizar a corrosão da rede positiva. A corrente de carga depende, em grande parte, do perfil de carga. A corrente será maior depois de uma queda de carga. As baterias nunca ficam sobrecarregadas neste modo. Quando ociosa por um longo tempo, a corrente de flutuação seria de 200 a 400 mA por 100 Ah de capacidade.

A bateria nunca é desligada do carregador. A bateria flutua através do autocarro do carregador.

  • Como calcular a corrente de carga de flutuação

O carregador de bóia fornece corrente após a detecção da voltagem da bateria. Portanto, não há necessidade de calcular a corrente de carga flutuante. Apenas se pode limitar a corrente de arranque inicial a um máximo de 0,4 C amperes. Como a carga de flutuação é um carregador de potencial constante, ela reduzirá automaticamente a corrente até o nível necessário. Em vez disso, a bateria receberá apenas o que quer. Normalmente todas as baterias VR são flutuadas a 2,3 V por célula. A bateria totalmente carregada receberá apenas 0,2 a 0,4 A por cada 100 Ah de capacidade da bateria.

  • Diferença entre o impulso e a carga de flutuação

A carga de impulso é um método de carga de corrente relativamente alta, utilizado quando é necessário utilizar uma bateria descarregada numa emergência, quando não há outra bateria disponível, e o SOC não é suficiente para

as obras 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.

A carga de flutuação é uma carga potencial constante contínua de 2,25 a 2,3 V por célula VR. A carga flutuante mantém a bateria pronta para fornecer energia a qualquer momento necessário. A bateria é sempre mantida a este nível e após um corte de energia, o carregador fornece uma corrente elevada, que se afina para cerca de 0,2 a 0,4 A por cada 100 Ah de capacidade da bateria quando esta está totalmente carregada.

  • Absorver carga e flutuar carga

O carga em corrente constante num modo de carga CC-CP (IU) quando a bateria recebe a maior parte da entrada é chamada de “fase de carga em massa” e a carga emmodo de potencial constante, durante a qual os afuniladores de corrente são chamados de “estágio de carga de absorção” e esta tensão de carga do modo CP é chamada de tensão de absorção.

Espero que este artigo lhe tenha sido útil. Se você tiver sugestões ou perguntas, por favor, sinta-se à vontade para nos escrever. Leia o menu de carga do flutuador em Hindi em outros idiomas. Por favor veja o link para mais leituras sobre cobrança de bóia

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