Резервные батареи и поплавковая зарядка
Батареи, используемые в резервных источниках аварийного питания для телекоммуникационного оборудования, источниках бесперебойного питания (ИБП) и т.д., постоянно заряжаются (или плавают) при постоянном напряжении, равном OCV + x мВ. Значение x зависит от конструкции и производителя Standby. Обычно плавающее значение составляет 2,23-2,30 В на ячейку. Батарея, работающая в режиме плавающего заряда, — это батарея, которая постоянно заряжается, и ее работа возобновляется только в случае перебоев в подаче электроэнергии. Этого значения постоянного потенциала достаточно для поддержания их в полностью заряженном состоянии. В дополнение к зарядке для компенсации предыдущего разряда, заряд с постоянным потенциалом (CP) компенсирует процессы саморазряда, которые происходят, когда батарея простаивает.
Как работает поплавковое зарядное устройство?
Поплавковое зарядное устройство постоянно заряжает батареи при заданном напряжении независимо от состояния заряда. Прибор не отключен от зарядного устройства. Местные условия, такие как перебои в подаче электроэнергии и температура окружающей среды, будут учитываться для принятия решения о более точной настройке напряжения поплавка. Мощность — самый важный аспект этой настройки. Зарядное устройство также может иметь функцию усиления, чтобы подготовить батарею к следующему отключению питания в тех случаях, когда часто происходит отключение электроэнергии.
Условия зарядки следующие:
- Тип зарядки: Постоянный потенциал при 2,25-2,30 В на ячейку, с температурной компенсацией от — мВ до — 3 мВ на ячейку
- Начальный ток: Максимум 20-40% от номинальной мощности
- Время зарядки: непрерывное, независимо от SOC
Некоторые производители утверждают, что зарядка свинцово-кислотных батарей наиболее эффективна в диапазоне 15-30°C и что температурная компенсация не требуется, если температура окружающей среды находится в диапазоне от 0 до 40°C. В противном случае можно рассмотреть возможность использования встроенной схемы температурной компенсации для повышения эффективности заряда. Желательна температурная компенсация от минус 2 до минус 3 мВ на оСна ячейку при температуре 20-25°C.
Следующая таблица является руководством для температурной компенсации.
Таблица 1. Температурная компенсация плавающего напряжения для батареи 12 В
[http:// www. eastpenn-deka.com/assets/base/0139.pdf].
Температура, °C | Напряжение поплавка, вольт | |
Оптимальный | Максимальный | |
≥ 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 |
Что такое плавающая зарядка и форсированная зарядка?
Зарядное оборудование может иметь две скорости зарядки. К ним относятся:
- Быстрая ускоренная зарядка
- Пробковая зарядка
Обычно предусмотрены средства для быстрой подзарядки аккумулятора после аварийного разряда. Усилительная часть неизменно имеет выходное напряжение до 2,70 В на элемент для подзарядки батареи залитого типа и до 2,4-2,45 для батарей VRLA. Выходной сигнал импульсного заряда способен компенсировать саморазряд и другие внутренние потери батареи при уровне напряжения 2,25 В на элемент. Необходимые выходы по току будут зависеть от размера батареи.
Зарядная станция с плавающей полкой
Для батарей, которые не могут быть отправлены в течение нескольких недель, существует необходимость держать батарею полностью заряженной до момента отправки. Для таких батарей есть два варианта струйной зарядки во время ожидания на полке. Либо несколько батарей соединяются последовательно и заряжаются при плотности тока от 40 до 100 мА/100 Ач номинальной емкости, либо может быть несколько отдельных цепей для зарядки каждой батареи отдельно. Все эти батареи заряжаются поплавковым зарядом при температуре, немного превышающей их OCV, как обсуждалось выше.
Поплавковая зарядка аккумуляторов AGM VRLA
Плавающая зарядка AGM батарей не отличается от обычной плавающей зарядки залитых батарей. Но есть несколько различий в работе процесса зарядки поплавка, происходящего в этих двух разновидностях.
Батареи VRLA имеют низкое внутреннее сопротивление и, следовательно, могут очень хорошо принимать заряд в начальной части периода зарядки.
Зарядное устройство с постоянным потенциалом, регулируемым напряжением и температурной компенсацией является лучшим зарядным устройством для батарей VRLA.
Напряжение зарядки CP float обычно составляет 2,25-2,30 В на элемент. Ток плавающего заряда не ограничен. Но для форсированной зарядки при напряжении CP от 14,4 до 14,7 для батарей VRLA большинство производителей (как залитых, так и VRLA) устанавливают начальный максимальный ток в 30-40 процентов от номинальной емкости в амперах. Большинство производителей предписывают отклонения в ± 1 % для плавающего значения напряжения и ± 3 % для напряжения форсированного заряда.
[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]
Влияние температуры на срок службы плавающих батарей VRLA
Температура оказывает огромное влияние на срок службы свинцово-кислотных батарей с клапанным регулированием. При повышении рабочей температуры на каждые 10°C срок службы сокращается вдвое. Приведенные ниже цифры подтверждают этот факт. Срок службы поплавка при 20°C составляет около 10 лет для конкретного продукта Panasonic. Но при температуре 30°C срок службы составляет около 5 лет. Аналогично, срок службы при 40°C составляет около 2 лет 6 месяцев [Figure 10 in https://eu.industrial.panasonic.com/sites/default/pidseu/files/downloads/files/id_vrla_handbook_e.pdf].
Страница 6 в http:// news.yuasa. co.uk/wp-content/uploads/2015/05/SWL-Shortform.pdf].
Поэтому, если потребитель хочет приобрести новую батарею, ему следует обратить внимание на среднюю температуру окружающей среды и срок службы при этой температуре. Если он хочет, чтобы батарея прослужила 5 лет при температуре 30-35oC, ему следует выбрать батарею, рассчитанную на 10 лет работы при температуре 20oC.
Рис. 1 Срок службы поплавков при различных температурах изделий Panasonic VR
https://eu.industrial.panasonic.com/sites/default/pidseu/files/downloads/files/id_vrla_handbook_e.pdf
Рис. 2 Срок службы поплавков при различных температурах продукции Yuasa (Великобритания) VR
http://news.yuasa.co.uk/wp-content/uploads/2015/05/SWL-Shortform.pdf
Британский стандарт 6240-4:1997 дает зависимость срока службы от температуры в диапазоне от 20 до 40°C.
Циклический срок службы батарей VRLA
По сравнению с плавающим сроком службы циклический срок службы батарей VR будет короче из-за количества активных материалов, используемых за цикл. При плавающем режиме работы аккумуляторы используются для питания только при перебоях в подаче электроэнергии. Но в циклическом режиме батарея каждый раз разряжается до необходимой глубины разряда(DOD) и сразу же заряжается. Этот разряд с последующим зарядом называется «цикл». Срок службы цикла зависит от количества материалов, преобразованных за цикл, т.е. DOD. Чем ниже конверсия, тем выше жизнь. В следующей таблице показан срок службы продуктов Panasonic VRLA до 60 % и 80 % емкости до конца срока службы DOD для трех уровней DOD.
Таблица 2. Приблизительные сроки службы продуктов Panasonic VRLA до 60 % и 80 % окончания срока службы DOD для трех DOD при температуре окружающей среды 25oC. [Адаптировано из https://eu.industrial.panasonic.com/sites/default/pidseu/files/downloads/files/id_vrla_handbook_e.pdf Рисунок на странице 22]
Министерство обороны до конца жизни | Жизненные циклы при 100 % DOD | Жизненные циклы при 50 % DOD | Жизненные циклы при 30 % DOD |
Срок службы до 60 % DOD | 300 | 550 | 1250 |
Срок службы до 80 % DOD | 250 | 450 | 950 |
- Температура и ток поплавка
Таблица 3. Плавающий ток при 2,3 В на ячейку для трех типов свинцово-кислотных элементов при различных температурах
[[Адаптировано с сайта C&D Technologies https://www. cdtechno. com/pdf/ref/41_2128_0212.pdf
Рисунок 19, страница 22]
| Температура, °C | Приблизительный ток, мА на Ah20 |
Наводненные кальцием клетки | 25 | 0.25 |
30 | 0.35 | |
40 | 0.6 | |
50 | 0.9 | |
60 | 1.4 | |
Гелевые ячейки VR | 25 | 0.6 |
30 | 0.75 | |
40 | 1.5 | |
50 | 3 | |
60 | 6 | |
AGM VR Cells | 25 | 1.5 |
30 | 2 | |
40 | 3.5 | |
50 | 8 | |
60 | 15 |
- Испытание на пригодность к эксплуатации с поплавком [IEC 60896-21 и 22:2004].
IEC дает процедуру испытания для проверки пригодности ячеек VR для работы в поплавковом режиме. Элементы или батареи должны быть подвергнуты плавающему напряжению VFloat, которое должно быть указано производителем в типичном диапазоне от 2,23 до 2,30 В на элемент. Начальное напряжение каждого элемента или моноблочной батареи должно быть измерено и отмечено. Через 3 месяца измеряется и отмечается напряжение каждого элемента или моноблочной батареи. После 6 месяцев плавучей эксплуатации ячейки или моноблоки должны быть подвергнуты испытанию на вместимость. Фактическая мощность при разгрузке должна быть больше или равна номинальной мощности.
- Изменение напряжения поплавка от ячейки к ячейке
Из-за присущих процессу переменных напряжение отдельных элементов или батарей будет варьироваться в диапазоне рабочего напряжения поплавка. Небольшие различия во внутренних параметрах пластин, таких как вес активных материалов, пористость активных материалов, а также различия в сжатии пластин и сжатии AGM, изменение объема электролита и т.д. вызывают эту вариацию. Даже при строгом контроле качества (как материалов, так и технологического контроля при выполнении операций), в изделиях VR наблюдаются различия между ячейками, что приводит к «бимодальному» распределению напряжения в ячейках во время работы поплавка.
В обычной ячейке с избыточным залитым электролитом две пластины заряжаются независимо друг от друга. Газы кислород и водород имеют низкие скорости диффузии в растворах серной кислоты. Газы, выделяющиеся во время зарядки, выходят из ячеек, поскольку у них нет достаточного времени для взаимодействия с пластинами.
В VRLA-элементах явление кислородного цикла усложняет эту картину. Как и в случае с залитыми водой элементами, на положительной пластине происходит разложение воды; также происходит коррозия сетки. Хотя на ранних стадиях зарядки поплавком из ячеек VR выходит некоторое количество газообразного кислорода (из-за отсутствия напряжения), образование газовых путей происходит после снижения уровня насыщения с начальных 90-95% до более низких уровней.
Теперь обратная реакция разложения воды, которая произошла на положительной пластине, начинает происходить на отрицательной пластине:
Разложение воды на ПП: 2H2O → 4H+ + O2 ↑ + 4e-………………………. (1)
Восстановление O2 (= рекомбинация O2) на НП: O2 + 4H+ + 4e- → 2H2O + (Тепло) …………. (2)
[2Pb + O2 + 2H2SO4 → 2PbSO4 + 2H2O+ Тепло] …….. (3)
Из приведенных выше реакций можно отметить следующие моменты:
- Видно, что чистым результатом является преобразование электрической энергии в тепловую.
- Таким образом, когда батарея VR переходит в стадию кислородного цикла, батареи нагреваются.
- Кислородный газ не теряется в атмосфере
- Свинец в ДН преобразуется в сульфат свинца, поэтому потенциал ДН становится более положительным; это приведет к предотвращению выделения водорода
- Чтобы компенсировать снижение напряжения NP, положительные пластины становятся более положительными и происходит большее выделение кислорода и коррозия (так что приложенное напряжение поплавка не изменяется). Полученный таким образом кислород будет восстановлен на НП, который в дальнейшем испытывает поляризацию, что приводит к более положительному потенциалу для НП.
Из-за потребления тока на рекомбинацию кислорода, токи плавучести примерно в три раза выше для VRLA батарей, чем для залитых, как было отмечено Берндтом [D. Берндт, 5-й семинар и выставка по батареям ERA, Лондон, Великобритания, апрель 1988 г., заседание 1, документ 4. 2. R.F. Nelson в 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.].
Таблица 4. Поплавковая зарядка: Сравнение токов плавающего заряда, выделения тепла и отвода тепла для батареи с вентиляцией и батареи VRLA
Подробности | Затопленная камера | Клетки виртуальной реальности | Примечания |
Плавающее напряжение на ячейку, вольт | 2.25 | 2.25 | Одинаковое напряжение поплавка |
Равновесный ток поплавка, мА/100 Ач | 14 | 45 | Примерно в 3 раза больше в батареях VR |
Эквивалентное потребление энергии, мВт | 31,5 мВт (2,25 В X 14 мА). | 101,25 мВт (2,25 В X 45 мА). | Примерно в 3 раза больше в батареях VR |
Тепло, отводимое при газовыделении, мВт | 20,72 мВт (1,48 В X 14 мА). (20.7/31.5 — 66 %) | 5,9 (1,48 В x 4 мА) (5.9/101.25 = 5.8 %) | Десятая часть затопленных клеток |
Тепловой баланс, мВт | 31.5-20.72 = 10.78 | 101.25 — 5.9= 95.35 | |
Преобразование тока плавающего заряда в тепло, проценты | 10.8 | 95 | Приблизительно 9 раз в батареях VR |
- Газообразное и зарядное напряжение
Обычно эффективность кислородного цикла при рекомендуемом напряжении поплавка рекомбинирует весь кислород, образующийся на положительной пластине, в воду на отрицательной пластине, поэтому потери воды не происходит или они незначительны, а выделение водорода подавлено.
Но при превышении рекомендуемого напряжения или тока начинается газообразование. То есть выработка кислорода превышает способность клетки рекомбинировать этот газ. В крайних случаях выделяются и водород, и кислород, происходит потеря воды, сопровождающаяся выделением большего количества тепла.
Таблица 5. Газовыделение и ток поплавка при различных напряжениях поплавка ячейки VR с гелевым электролитом, 170 Ач
[Адаптировано из C&D Technologies www. cdtechno .com/pdf/ref/41_2128_0212.pdf
Рисунок 17, страница 21]
Напряжение зарядки, вольт | Приблизительное газообразование, мл в минуту | Приблизительное газообразование, мл на Ач в минутуº | Приблизительный ток, амперы | Приблизительный ток, миллиамперы на Ачº |
< 2.35 | Nil | Nil | — | |
2.35 Газообразование начинается | — | — | 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 Расчетные значения
- Напряжение и ток зарядки
Таблица 6. Напряжение поплавка в зависимости от тока поплавка для гелевых и AGM VRLA батарей
[Адаптировано с сайта C&D Technologies www. cdtechno.com /pdf/ref/41_2128_0212.pdf
Рисунок 18, Страница 22]
Напряжение поплавка (Вольт) | Ток, мА на Ач | |
Гелевая батарея VR | Аккумулятор 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 |
Таблица 7. Ток плавающего заряда для залитых кальциевых, гелевых и AGM VRLA батарей при различных температурах для плавающего заряда 2,3 вольта на элемент
[Адаптировано с сайта C&D Technologies www. cdtechno. com/pdf/ref/41_2128_0212.pdf
Рисунок 19, страница 22]
Температура в камере, °C | Ток, мА на Ah20 | ||
Затопленная кальциевая батарея | Гелевая батарея VR | Аккумулятор 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 |
- Напряжение поплавка, рабочая температура и срок службы
Перезарядка при напряжении выше рекомендованного плавающего напряжения резко сократит срок службы батарей. Этот график показывает, как влияет на срок службы перезарядка гелевого аккумулятора.
Таблица 8. Процентный ресурс цикла гелевых элементов в зависимости от напряжения заряда (Рекомендуемое напряжение для заряда 2,3-2,35 В на элемент)
www. Истпенн-Дека. com/assets/base/0139.pdf
Напряжение подзарядки | Процентный срок службы гелевых ячеек |
Рекомендуется | 100 |
0,3 В больше | 90 |
0.5 больше | 80 |
0.7 подробнее | 40 |
Рон Д. Брост [Рон Д. Брост, Proc. Тринадцатая ежегодная конференция по батареям. Приложения и достижения, Калифорнийский университет, Лонг-Бич, 1998, стр. 25-29]. сообщил о результатах циклической работы на 12 В
VRLA (Delphi) до 80% DOD при 30, 40 и 50 оС. Для определения емкости аккумуляторы подвергались 100% разряду в течение 2 ч через каждые 25 циклов при 25pC. Результаты показывают, что срок службы цикла при 30oC составляет около 475, в то время как при 40 и 50oC это число снижается до 360 и 135, соответственно.
Взаимосвязь между напряжением поплавка, температурой поплавка и сроком службы
Рисунок 3. Зависимость срока службы поплавка от напряжения поплавка и температуры поплавка
[Малкольм Винтер,3-й семинар ЕРА по батареям, 14 января 1982 года, Лондон, (Отчет ЕРА № 81-102, стр. 3.3.1. на
- Объем электролита и повышение температуры во время заряда поплавка
Повышение температуры во время заряда наименьшее у залитых элементов и наибольшее у элементов AGM VR. Причина кроется в объеме электролита, которым обладают различные типы клеток. Этот факт иллюстрирует следующая таблица. Благодаря большему объему электролита по сравнению с ячейками AGM, гелевые ячейки могут выдерживать более глубокий разряд.
Таблица 9. Тип аккумулятора и относительные объемы электролитов
sv-zanshin .com/r/manuals/sonnenschein _gel_handbook_part1.pdf]
Затопленные клетки, OPzS | Гелевые клетки, клетки Sonnenschein A600 | Клетки AGM, Абсолют IIP | Гелевые клетки, клетки Sonnenschein A400 | Ячейки AGM, Marathon M, FT |
1 | 0.85 — 0.99 | 0,55 — 0,64 | — | — |
— | 1 | 0.61 — 0.68 | 1 | 0,56 — 0,73 |
— | 1.5 — 1.7 | 1 | 1.4 — 1.8 | 1 |
- Разброс напряжения при плавающем заряде
Разброс напряжения в ряду батарей VR с поплавковым управлением изменяется в разные периоды после начала поплавкового заряда. Первоначально, когда в ячейках больше электролита, чем в голодном состоянии, ячейки будут испытывать более высокие напряжения, а ячейки с хорошей рекомбинацией будут демонстрировать более низкие напряжения (из-за снижения потенциала отрицательных пластин); ячейки с большим объемом кислоты будут иметь поляризованные отрицательные пластины, которые будут демонстрировать более высокие напряжения, что приведет к выделению водорода.
Хотя сумма напряжений всех отдельных клеток равна приложенному напряжению струны, напряжения отдельных клеток не будут одинаковыми для всех; некоторые из них будут иметь более высокие напряжения (из-за нестационарного состояния и выделения водорода), чем приложенное напряжение на клетку, а другие будут иметь более низкие напряжения (из-за кислородного цикла). Пример
этого явления приводится в работе Нельсона [1. R.F. Nelson в 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 seqq. 2. Р.Ф. Нельсон, Материалы 4-го Международного семинара по свинцово-кислотным батареям, Сан-Франциско, Калифорния, США, 25-27 апреля 1990 г., стр. 31-60].
Таблица10. Данные по разбросу напряжения отдельных элементов для призматических VR-элементов емкостью 300 Ач в массиве 48 В/600 Ач плавали на уровне 2,28 вольт на элемент.
[R.F. Nelson in 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].
Исходное напряжение | После 30 дней плавающего платежа | После 78 дней плавающего заряда | После 106 дней плавающего платежа | ||||
Диапазон напряжения, В | Разброс, мВ | Диапазон напряжения, В | Разброс, мВ | Диапазон напряжения, v | Разброс, мВ | Диапазон напряжения, В | Разброс, мВ |
2.23 — 2.31 | 80 | 2.21 — 2.37 | 160 | 2.14 — 2.42 | 280 | 2.15 — 2.40 | 250 |
Видно, что некоторые элементы могут перейти в стадию газирования (2,42 В), а некоторые — в стадию ниже импрессионного напряжения 2,28 В на элемент.
Некоторые авторы считают, что напряжение ячеек стабилизируется в течение шести месяцев работы поплавка, а колебания напряжения ячеек будут находиться в пределах ±2,5% от среднего значения. Это означает, что для среднего значения 2,3
Вольт на элемент, вариация будет в диапазоне 2,24 — 2,36 (т.е. на 60 мВ меньше или больше для работы с напряжением 2,3 В).[Hans Tuphorn, J. Power Sources, 40 (1992) 47-61].
Проснувшись однажды утром после беспокойного сна, Грегор Замза обнаружил, что он у себя в постели превратился в страшное насекомое.
Проснувшись однажды утром после беспокойного сна, Грегор Замза обнаружил, что он у себя в постели превратился в страшное насекомое.
Рисунок 4. Изменение напряжения ячейки к ячейке новой батареи ИБП 370 В, заряженной поплавковым напряжением = 2,23 В п.п.
[Hans Tuphorn, J. Power Sources, 40 (1992) 47-61].
- Поплавковая зарядка и важность контроля напряжения ячеек:
Очень важно контролировать напряжение ячеек в период плавающего заряда. Эксперименты проведенные на телекоммуникационной VR батарее 48В/100Ач, иллюстрируют этот факт.
Элементы плавали при напряжении 2,3 В на элемент с током 0,4 — 0 ,6мА/Ач, а температура конца
клеток, центральная клетка и окружение были равны). Плавающее напряжение для строки составляет 2,3 В x 24 ячейки = 55,2 В.
Таблица 11. 2,3 В Плавающий заряд телекоммуникационных батарей 48 В, 100 Ач, с током 0,4 — 0 ,6мА/Ач
[Matthews, K; Papp, B, R.F. Nelson, in Power Sources 12, Keily, T; Baxter, B.W. (eds) International Power Sources Symp. Комитет, Лезерхед, Англия, 1989, стр. 1 — 31].
Нет. клеток, подвергшихся короткому замыканию | Напряжение на элементах повышается до, вольт | Ток поплавка увеличивается до (мА на Ач) | Температура клетки повышается на, °C | Продолжительность повышения указанной температуры, часов | Примечания |
Один | 2.4 (55.2 ÷ 23) | 2.5 | 1 | 24 | Отсутствие повышения температуры |
Два | 2.51 (55.2 ÷ 22) | 11 | 5 | 24 | Минимальное повышение температуры |
Три | 2.63 (55.2 ÷ 21) | 50 | 12 | 24 | Начинает переходить в тепловой режим |
Четыре | 2.76 (55.2 ÷ 20) | 180 | 22 | 1 | Переходит в состояние теплового разгона. Генерируемый газ H2S |
Приведенные выше данные показывают, что короткое замыкание 1 или 2 ячеек не будет катастрофическим с тепловой точки зрения.
При условии, что ячейки VR не используются в агрессивных условиях (например, > 60°C и высоких зарядных токах или плавающих напряжениях более 2,4 В на элемент), они не выделяют газов H2S или SO2. Если эти газы выделяются, окружающие медные и латунные компоненты и другие электронные детали загрязняются и тускнеют. Таким образом, необходимо следить за напряжением элементов батарей на поплавке.
- Тепловой удар
Высокие напряжения и токи поплавка приводят к повышению температуры элементов. Следовательно, хорошая вентиляция является обязательным условием для всех типов батарей. Когда температура, образующаяся внутри клетки VR (из-за кислородного цикла и других факторов), не может быть рассеяна системой клетки, температура повышается. Если такое состояние сохраняется в течение длительного времени, высыхание электролита и повышение температуры из-за образования газов (O2 и H2) приведет к повреждению банки ячейки, и может произойти разрыв.
На рисунках, приведенных ниже, показаны некоторые примеры результатов явления теплового побега:
Рисунок 5. Тепловые эффекты
[https://www. cpsiwa. com/wp-content/uploads/2017/08/14.-VRLA-Battery-White-Paper-Final-1.pdf].
- Напряжение зарядки поплавка и коэффициент ускорения коррозии положительных пластин
Напряжение зарядки оказывает такое же влияние на срок службы VRLA, как и температура. Скорость коррозии положительного пояса зависит от потенциала, при котором поддерживается пластина. Рисунок[Пияли Сом и
Джо Шимборски, Proc. 13-я ежегодная конференция по батареям. Приложения и достижения, январь 1998 г., Калифорнийский государственный университет, Лонг-Бич, Калифорния, стр. 285-290.] показывает, что скорость коррозии решетки имеет минимальный диапазон значений, который является оптимальным уровнем поляризации пластины (т.е. от 40 до 120 мВ). Этот уровень поляризации пластины соответствует оптимальной настройке напряжения поплавка. Если уровень положительной поляризации пластин (PPP) ниже или выше оптимального уровня, скорость коррозии решетки быстро увеличивается.
Рисунок 6. Ускорение коррозии положительной решетки в сравнении с положительной поляризацией пластины
[Piyali Som и Joe Szymborski, Proc. 13-я ежегодная конференция по батареям. Приложения и достижения, янв.
1998, California State Univ., Long Beach, CA pp. 285-290].
- Потенциал пластины и поляризация
Взаимосвязь между напряжением поплавка и положительной поляризацией пластин (PPP) очень важна. На рисунке 7 показан пример уровней положительной поляризации пластин (PPP) для различных напряжений поплавка при четырех различных температурах. Поляризация — это отклонение от напряжения разомкнутой цепи (НРЦ) или равновесного потенциала. Так, когда свинцово-кислотный элемент, имеющий OCV 2,14 В (OCV зависит от плотности кислоты, используемой для заполнения батареи (OCV = удельный вес + 0,84 В), плавает при напряжении 2,21 В, он поляризуется на 2210-2140 = 70 мВ. Оптимальные уровни поляризации пластин находятся в диапазоне от 40 до 120 милливольт. Рекомендуемое плавающее напряжение составляет 2,30 В на элемент.
Рисунок 7. Пример влияния напряжения Float на положительную поляризацию пластины [Piyali Som и Joe Szymborski, Proc. 13th Ежегодная конференция по аккумуляторам. Applications & Advances, Jan 1998, California State Univ., Long Beach, CA pp. 285-290].
- Поплавковая зарядка автомобильного аккумулятора
Если вы хотите заряжать автомобильную батарею (или автомобильную стартерную батарею, или батарею SLI) плавающей зарядкой, вам следует приобрести зарядное устройство с постоянным потенциалом, которое также может устанавливать предел тока. Бортовая автомобильная система предназначена для зарядки автомобильной батареи в модифицированном режиме заряда постоянным потенциалом. Этот режим никогда не позволит батарее превысить установленный предел напряжения, поэтому он безопасен.
Продолжительность полной зарядки автомобильного аккумулятора зависит от его состояния заряда, т.е. от того, полностью ли он разряжен, наполовину разряжен или полностью разряжен и оставлен на несколько месяцев без подзарядки.
В зависимости от номинального тока (ампеража) зарядного устройства и емкости аккумулятора, несколько часов или более 24 часов.
Например, автомобильный аккумулятор 12 В, емкостью 60 Ач, если он полностью разряжен, может быть заряжен за 25-30 часов при условии, что зарядное устройство способно заряжать аккумулятор при 2 — 3 амперах.
Если вы не знаете емкость Ah, вы можете узнать ее несколькими способами:
- С этикетки на батарее
- Узнайте у дилера модель аккумулятора для конкретного автомобиля.
- От номинала резервной емкости (RC), если он указан на батарее
- От номинала CCA (ампер холодного хода), если он указан на батарее (См. Индийский стандарт или любой стандарт на стартерные батареи, в котором указаны номиналы RC и CCA. Пример IS 14257).
Соответственно, мы можем регулировать время зарядки.
Всегда рекомендуется отсоединять аккумулятор от зарядного устройства, когда он полностью заряжен. Напряжение будет оставаться постоянным, если батарея полностью заряжена. Кроме того, амперметр на зарядном устройстве будет показывать очень низкий ток в диапазоне от 0,2 до 0,4 ампера постоянно в течение двух-трех часов.
- Поплавковая зарядка LiFePO4 аккумуляторов
Зарядка батарей VR и LiFePO4 схожа по аспектам:
- Этап 1: Оба могут начать заряд в режиме постоянного тока (CC) (до 80 % ввода)
- Этап 2: Переход в режим CP при достижении заданного напряжения (Полный заряд)
- Этап 3: Третьим этапом является струйный заряд (необязателен в случае с ячейками VR и не нужен в случае с ячейками LiFePO4 из-за риска перезаряда и сопутствующих пагубных реакций на обоих электродах).
Разница на первом этапе для двух типов батарей заключается в зарядном токе. В случае с элементами LiFePO4 ток может достигать 1 C ампер. Но в случае с батареями VR рекомендуется не более 0,4 C A. Поэтому в случае с батареями LiFePO4 продолжительность первой стадии будет очень короткой, вплоть до одного часа. Но в случае с батареями VR этот этап займет 2 часа при 0,4 C A и 9 часов при 0,1 C A.
Как и на первом этапе, второй этап также занимает меньше времени в случае с ячейками LiFePO4 (всего 15 минут), в то время как на втором этапе требуется от 4 часов (0,4 C A) до 2 часов (0,1 C A).
Таким образом, в целом, для элементов LiFePO4 требуется от 3 до 4 часов, а для элементов VR — от 6 часов (при 0,4 C A и 2,45 В CP заряда) до 11 часов (при 0,1 C A и 2,30 В CP заряда).
Рисунок 8. Заряд постоянным напряжением ячеек Panasonic VR при 2,45 В и 2,3 В на ячейку при различных начальных токах [https://eu.industrial. panasonic.com/sites/default/pidseu/files/downloads/files/id_vrla_handbook_e.pdf].
Примечания:
Условия испытаний:
Разряд: 0,05 C Разряд постоянным током (20 ч)
Напряжение отключения: 1,75 В на ячейку
Зарядка: 2,45 В на ячейку ——————
2,30 В на ячейку ___________
Температура: 20°C
Рисунок 9. Профиль зарядки батареи VRLA
[https://www. power-sonic. com/blog/how-to-charge-lithium-iron- phosphate-lifepo4-batteries/].
Рисунок 10. Профиль зарядки батареи LiFePO4
[https://www. power-sonic.com/blog/how-to-charge-lithium-iron-phosphate -lifepo4-batteries/].
Как уже упоминалось в начале, этап «trickle charge» не является необходимым для элементов LiFePO4. Он может понадобиться для клеток VR после хранения в течение нескольких месяцев. Но если предполагается использование в течение какого-либо времени, ячейки VR можно поставить на холостой заряд при напряжении 2,25-2,3 В на ячейку.
Элементы LiFePO4 не следует хранить при 100% SOC, достаточно разряжать и заряжать их до 70% SOC раз в 180 дней или 365 дней хранения.
Напряжение зарядки (например, 4,2 В на ячейку максимум) должно контролироваться с точностью ± 25-50 мВ на ячейку, в зависимости от химического состава ячейки, размера ячейки и производителя. Первоначально подается ток в 1С ампер, пока не будет достигнут предел напряжения ячейки. После этого включается режим CP. При приближении к максимальному напряжению ток снижается с постоянной скоростью, пока зарядка не закончится при токе приблизительно 0,03 C, в зависимости от импеданса ячейки. При начальном токе в 1 C ампер литий-ионный элемент достигает полной зарядки за 2,5-3 часа.
Некоторые производители допускают увеличение начального тока до 1,5 C ампер. Но начальный ток 2,0 C ампер обычно не допускается производителями, поскольку более высокие токи не уменьшают заметно время заряда. [Вальтер А. ван Шалквик в книге » Достижения в области литий-ионных батарей», Вальтер А. ван Шалквик и Бруно Скросати (ред.), Kluwer Academic, Нью-Йорк, 2002, гл. 15, стр. 463 и далее.]
Хотя для элементов LiFePO4 заявлена очень короткая перезарядка, следует отметить, что инвестиции в такое зарядное устройство будут очень высокими, учитывая его мощность.
С практической точки зрения, мы можем заряжать литий-ионный аккумулятор емкостью 100 Ач со скоростью 100 ампер (1С ампер), в то время как эквивалентный аккумулятор VR может быть заряжен максимум 40 амперами (0,4 С ампер). Ток конца заряда для Li элементов составит для этой батареи 3 ампера, в то время как для батареи VR ток плавающего конца заряда составит около 50 мА. Общая продолжительность зарядки составит 3-4 часа для Li элемента, а для VR элемента — около 10 часов.
Для Li-элементов нет необходимости в струйной зарядке, в то время как для VRLA-элементов струйная зарядка может потребоваться через 3-4 месяца. Ячейки VR можно хранить при 100 % SOC, в то время как литиевые элементы должны храниться при менее чем 100 % SOC.
Полностью заряженные литий-ионные элементы не следует заряжать дополнительно. Любой ток, подаваемый на полностью заряженный литий-ионный аккумулятор, приведет к его повреждению. Небольшой перезаряд можно допустить, но экстремальные условия приведут к разрыву и возгоранию, если не защитить систему управления батареей (BMS).
Дополнительную информацию можно найти на сайте https://battlebornbatteries.com/charging-battleborn-lifepo4-batteries/
https://www.electronicsweekly.com/market-sectors/power/float-charging-lithium-ion-cells-2006-02/
Рисунок 11. Этапы заряда для стандартного алгоритма заряда литий-ионного аккумулятора
[Вальтер А. ван Шалквийк в книге » Достижения в области литий-ионных батарей», Вальтер А. ван Шалквийк и Бруно Скросати (ред.), Kluwer Academic, Нью-Йорк, 2002, гл. 15, стр. 464].
- Поплавковая зарядка литий-ионных батарей — поплавковое напряжение литий-ионных
Для литий-ионных батарей плавающая зарядка не требуется. Их также не следует хранить в полностью заряженном состоянии. Их можно разряжать и заряжать до 70 % SOC раз в 6-12 месяцев, если предполагается длительное хранение.
плавающая зарядка и струйная зарядка
- В чем разница между зарядкой от сети и плавающей зарядкой?
Короткая зарядка — это плата за обслуживание для пополнения заряда. Поддерживающий заряд компенсирует только саморазряд. В зависимости от возраста и состояния батареи, плотность тока 40
до 100 мА/100 Ач номинальной емкости может потребоваться во время поддерживающего заряда (trickle charge). Эти батареи следует заряжать после каждой разрядки. Как только батарея будет полностью заряжен, его следует отсоединить от зарядного устройства. В противном случае аккумулятор будет поврежден.
Плавающий заряд — это непрерывный заряд постоянным напряжением, и батарея всегда готова к подаче необходимой энергии, поскольку она всегда находится в полностью заряженном состоянии.
Как долго можно заряжать аккумулятор в плавающем состоянии?
Напряжение плавающего заряда поддерживается на достаточно высоком уровне, чтобы компенсировать саморазряд батареи и постоянно поддерживать батарею в полностью заряженном состоянии, но достаточно низком, чтобы минимизировать коррозию положительной решетки. Ток заряда в значительной степени зависит от профиля нагрузки. Ток будет выше после сброса нагрузки. В этом режиме аккумуляторы никогда не перезаряжаются. При длительном простое ток поплавка составит от 200 до 400 мА на 100 Ач емкости.
Аккумулятор никогда не отсоединяется от зарядного устройства. Аккумулятор плавает по шине зарядного устройства.
- Как рассчитать ток зарядки поплавка
Поплавковое зарядное устройство подает ток после определения напряжения батареи. Таким образом, нет необходимости рассчитывать ток плавающего заряда. Только можно ограничить начальный пусковой ток максимум 0,4 C ампер. Поскольку плавающий зарядник является зарядным устройством с постоянным потенциалом, он автоматически снижает ток до необходимого уровня. Скорее, батарея будет получать только то, что ей нужно. Обычно все батареи VR плавают при напряжении 2,3 В на элемент. Полностью заряженная батарея будет получать всего 0,2-0,4 А на 100 Ач емкости батареи.
- Разница между форсированной и плавающей зарядкой
Форсированная зарядка — это относительно высокотоковый метод зарядки, к которому прибегают, когда разряженную батарею необходимо использовать в экстренной ситуации, когда нет другой батареи, а SOC не достаточно для
аварийные работы. Таким образом, свинцово-кислотную батарею можно заряжать большими токами в зависимости от наличия времени и SOC батареи. Поскольку в настоящее время доступны быстрые зарядные устройства, ускоренная зарядка сегодня является привычным делом. Обычно такие ускоренные зарядные устройства начинают зарядку при 100 А и сужаются до 80 А. Самое главное, чтобы температура не превышала 48-50oC.
Плавающий заряд — это непрерывный заряд с постоянным потенциалом 2,25-2,3 В на ячейку VR. Плавающий заряд поддерживает батарею готовой к подаче энергии в любое необходимое время. Аккумулятор всегда поддерживается на этом уровне, а после отключения питания зарядное устройство подает высокий ток, который сужается до примерно 0,2-0,4 А на 100 Ач емкости аккумулятора, когда аккумулятор полностью заряжен.
- Абсорбционная зарядка и плавающая зарядка
Сайт зарядка постоянным током в режиме зарядки CC-CP (IU), когда батарея получает большую часть входного сигнала, называется «этап массового заряда» и заряд врежиме постоянного потенциала, во время которого ток уменьшается, называется «стадия абсорбционной зарядки«, и это напряжение зарядки в режиме CP называется напряжение поглощения.
Надеюсь, эта статья была вам полезна. Если у вас есть предложения или вопросы, пожалуйста, не стесняйтесь писать нам. Читайте на хинди «Зарядка плавсредств» в меню других языков. Для получения дополнительной информации о плавающей зарядкесм. ссылку
