Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
Proszę, dodaj wyjątek www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Szczelne akumulatory kwasowe - właściwości i zastosowania.

TechEkspert 29 Sty 2016 20:05 7404 24
  • Szczelne akumulatory kwasowe - właściwości i zastosowania.
    Akumulatory kwasowo-ołowiowe są nadal obecne w wielu urządzeniach, mimo dostępności nowoczesnych akumulatorów litowo-polimerowych, litowo-jonowych lub superkondensatorów. Przystępna cena akumulatorów kwasowo-ołowiowych i prosta konstrukcja ładowarki powoduje, że są popularnym źródłem energii zarówno przy pracy buforowej jak również cyklicznej. Szczelne akumulatory kwasowo-ołowiowe nie muszą pracować wyłącznie w pozycji pionowej (mogą pracować w dowolnej pozycji za wyjątkiem pozycji terminalami biegunów do dołu). Bezobsługowe akumulatory VRLA (Valve Regulated Lead Acid - czyli z samoregulującymi zaworami bezpieczeństwa i wewnętrzną rekombinacją gazów) występują w technologii AGM (Absorbent Glass Mat - z elektrolitem uwięzionym w separatorze z maty szklanej) oraz GEL (elektrolitem w postaci gęstego żelu). Akumulatory w technologii GEL mogą wytrzymać więcej cykli pracy niż AGM oraz mają większą odporność na głębokie rozładowanie, natomiast AGM mogą oddawać większe moce oraz posiadają niższą rezystancję wewnętrzną. Akumulatory GEL dobrze odprowadzają wytworzone w ich wnętrzu ciepło, sprawdzą się np. w instalacjach energii odnawialnej. Akumulatory AGM lepiej pracują przy większych prądach oddając większe moce, sprawdzą się np. w urządzeniach UPS. Akumulatory VRLA nie wymagają obsługi podczas eksploatacji, czyli nie potrzeba dolewać do nich płynów, zostało zmniejszone ryzyko wycieku elektrolitu, a także zwiększono odporność na warunki środowiskowe. Mimo zachowywania szczelności, akumulatory VRLA nie mogą być zamknięte w szczelnej obudowie, gdyż przy przeładowaniu i nieprawidłowej eksploatacji mogą wydzielać palne gazy, które bez odpowiedniej wentylacji mogą wywołać eksplozję.

    Niezależnie od wykorzystanej technologi, można spotkać się z potocznym określeniem "żelowy" zarówno w stosunku do akumulatorów AGM i GEL. Akumulatory VRLA/SLA występują w różnych rozmiarach (i pojemnościach), napięcie zwykle określone jako 6V (trzy ogniwa) lub 12V (sześć ogniw). Dostępne są także akumulatory o napięciu 2V i pojemności kilkuset Ah (a nawet 1000Ah), przeznaczone do łączenia szeregowo w większe zespoły. Podana pojemność akumulatora dotyczy określonych warunków pracy (m.in czasu rozładowania, temperatury), zwykle podana pojemność dotyczy rozładowania w ciągu 20 lub 10 godzin. Pojemność akumulatora będzie różna od nominalnej dla szybszego rozładowania (będzie niższa dla większych prądów). Pojemność oznaczona jest zwykle literą C i wyrażona w Ah.





    Eksploatacja - praca cykliczna i buforowa.
    Praca cykliczna akumulatora polega na jego cyklicznym ładowaniu i rozładowywaniu np. w napędach pojazdów lub systemach magazynowania energii pozyskanej ze źródeł odnawialnych.
    W przypadku pracy buforowej naładowane akumulatory oczekują na awarię zasilania, pozwalając na ciągłość zasilania odbiorów (UPS-y, zasilacze buforowe, oświetlenie awaryjne).
    Akumulatory VRLA mogą być ładowane odpowiednio przystosowaną ładowarką, uwzględniając prąd ładowania (zwykle 0.1C20HR czyli 10% pojemności (dwudziestogodzinnej)), ograniczenie prądu ładowania do 0.1C powinno zapewnić dobrą żywotność akumulatora. Przykładowo akumulator 45Ah powinien być ładowany prądem max. 4.5A aby zachować długą żywotność. Akumulatory VRLA nie powinny być ładowane prądem większym niż 0.3C, proces ładowania będzie szybszy, lecz akumulator szybciej się zużyje.
    W bardziej zaawansowanych systemach ładowania, uwzględniana jest temperatura akumulatorów, a także wykorzystywane są techniki zwiększające żywotność akumulatorów (np. nieciągłe ładowanie w przypadku pracy buforowej).
    Niektórzy producenci posiadają produkty dedykowane do pracy buforowej lub cyklicznej, inni dostarczają akumulatory uniwersalne, które dla pracy buforowej powinny być ładowane do napięcia 13.5-13.8V (2.25-2.3V/ogniwo), natomiast dla pracy cyklicznej 14.4-15V (2.4-2.5V/ogniwo).

    Napięcie konserwujące dla pojedynczego ogniwa zależy od temperatury otoczenia:

    Napięcie V / ogniwotemperatura °Cnapięcie akumulatora "12V"napięcie akumulatora "6V"
    2.35014.17.05
    2.331013.986.99
    2.272013.626.81
    2.252513.56.75
    2.2335 13.386.69


    Ładowarka cykliczna powinna przerwać ładowanie po osiągnięciu zakładanego progu napięcia. Po przerwaniu ładowania można zaobserwować spadek napięcia akumulatora. Po upływie 24h przebywania akumulatora w spoczynku, można określić stopień jego naładowania mierząc napięcie na zaciskach.

    Stan naładowanianapięcie V / ogniwonapięcie na akumulatorze "12V" napięcie na akumulatorze "6V"
    100%2.1512.906.45
    80%2.0912.546.27
    60%2.0612.366.18
    40%2.0212.126.06
    20%1.9711.825.91


    Dla pracy buforowej producenci oferują modele akumulatorów o żywotności ~5l, 10-12l, a także specjalistyczne 15-20l. Zalecany zakres pracy dla pracy buforowej 20-25°C.
    Dla pracy cyklicznej niektórzy producenci podają szacowaną ilość cykli jaką powinien wytrzymać akumulator, jednak rzeczywista ilość cykli zależy od głębokości rozładowania w cyklu (im płytsze tym więcej cykli uda się osiągnąć) oraz temperatury (im wyższa tym krótsza żywotność akumulatora).
    Rozładowanie akumulatora w pracy cyklicznej może odbywać się w temperaturze -20-50°C. Zarówno niska jak również wysoka temperatura ma negatywny wpływ na żywotność i parametry akumulatora, należy liczyć się z ograniczeniem pojemności (niska temperatura) i żywotności (wysoka temperatura).

    Dla nieużytkowanych akumulatorów zalecane jest ładowanie raz na 6 miesięcy, co pozwala na zrekompensowanie samorozładowania. Wspomniane 6 miesięcy to minimalny czas zachowania 50% składowanej energii w temperaturze 20°C, dla 30°C czas do następnego ładowania skraca się do 4 miesięcy, natomiast przy 40°C 2 miesiące.

    Czas składowaniatemperatura
    6 miesięcy20°C
    4 miesiące30°C
    2 miesiące40°C


    Akumulatory pracujące w połączeniu szeregowym powinny być "wyrównane", czyli pochodzić z tego samego źródła i okresu produkcji, posiadać taką samą historię eksploatacji, a co za tym idzie zbliżoną rezystancję wewnętrzną. Powinien być wymieniany cały zestaw akumulatorów pracujących szeregowo.

    W zależności od pojemności akumulatory mogą być wyposażone w terminale w postaci "wsuwek" lub śrub. W przypadku mocowania na gwint, należy uważać z siłą dokręcania, orientacyjnie:

    ŚrednicaSkok gwintu (mm)Siła dokręcenia śruby (Nm)
    M50.82.0-2.9
    M614.1-5.2
    M81.258.2-9.9
    M10 1.514.7-19.2


    Podczas montażu należy uważać aby nie doprowadzić do zwarcia. Rezystancja wewnętrzna akumulatora jest bardzo niska (kilka-kilkanaście m?), wartość prądu zwarciowego może osiągnąć kilkaset A a nawet kilka kA (przy większych pojemnościach akumulatora). W przypadku zespołów szeregowo połączonych akumulatorów, sumaryczne napięcie może być niebezpieczne dla życia.

    Końcowe napięcie rozładowania.
    Akumulator VRLA nie może zostać rozładowany "do zera". Często można natrafić na określenie wartości napięcia odcięcia ~10.5V dla akumulatora "12V" (1.75V/ogniwo). Na taką wartość napięcia są zwykle ustawione układy zabezpieczające akumulator przed nadmiernym rozładowaniem. Rozładowany akumulator należy niezwłocznie naładować, aby nie był przechowywany w stanie rozładownia.
    W przypadku rozładowania całkowitego, zasiarczenie płytek jest znaczące, co istotnie zwiększa wewnętrzną oporność akumulatora. Całkowicie rozładowany akumulator powinien być poddany ładowaniu napięciem 2,27 V/ogniwo prądem nie większym niż 0,1C20 w celu uniknięcia nadmiernego nagrzewania. Minimalny czas ładownia powinien wynosić 96 godzin.

    Napięcie odcięcia 10.5-10.8V dla akumulatora "12V" jest dobrym uogólnieniem, pozwalającym np. na budowę modułu zabezpieczającego akumulator przed nadmiernym rozładowaniem. Jeżeli mamy kontrolę nad szybkością rozładowania akumulatora, możemy precyzyjnie kontrolować napięcie odcięcia.

    Napięcie odcięcia V / ogniwoCzas wyładowanianapięcie akumulatora "12V"napięcie akumulatora "6V"
    1.60do 15min9.64.8
    1.65do 1h9.94.95
    1.70do 5h10.25.1
    1.75do 8h10.55.25
    1.80do 10-20h10.85.4


    Warto zajrzeć do dokumentacji posiadanego akumulatora VRLA, pozwoli to na dobranie optymalnych warunków pracy urządzenia.

    W jakich projektach wykorzystujesz akumulatory VRLA, jakie nieporuszone parametry są dla Ciebie istotne?

    Materiał przygotowany we współpracy z firmą volty.pl


    Fajne!
  • #2 29 Sty 2016 22:31
    dolby
    Poziom 13  

    Redaktorze, moje szczelne akumulatory pracują biegunami do dołu od trzech lat. Obok nich są akumulatory, które pracują w pozycji standardowej, czyli z biegunami na górze. Akumulatory te pracują pod nadzorem elektronicznego systemu zabezpieczającego przed zwarciem, przed nadmiernym rozładowaniem, przeładowaniem, przepięciami, nadzorującym pojemność każdego jednego akumulatora. Wnioski: akumulatory szczelne mogą pracować również wyprowadzeniami biegunów do dołu i nie wpływa to na ich parametry pracy.

  • #3 29 Sty 2016 22:51
    TechEkspert
    Redaktor

    Ciekawe skonfrontowanie praktyki z teorią, jak widać to co niezalecane ma czasem szansę poprawnie działać, przy spełnieniu pewnych określonych warunków.

    @dolby czy te akumulatory VRLA to AGM czy GEL?

    Co wymusiło odwrócony montaż? rozmiar obudowy, oryginalne okablowanie urządzenia?

    W jaki sposób monitorowana jest pojemność każdego z akumulatorów?

  • #4 29 Sty 2016 23:49
    mkpl
    Poziom 37  

    VRLA nie montujemy terminalami do dołu z powodu ich konstrukcji. To nie są akumulatory wpełni szczelne jak Li-Ion.

    Pod pokrywą są wnęki z wypustami na które nałożone są gumowe kapturki. Rosnące ciśnienie wewnątrz akumulatora powoduje, że gaz ucieka przez gumkę (która działa jak zawór jednostronny) i jest odprowadzany wąskimi kanalikami do otoczenia. Cała magiczna mata absorbująca to kawałek filcu wokoło tego "zaworu", która ma absorbować ewentualny niewielki wyciek.

    Teraz każda inna pozycja niż terminalami w dół zapewnia, że ewentualny elektrolit, którego jest tam niewiele nie ma szansy wyciec. Natomiast terminalami w dół powoduje gromadzenie się ewentualnego elektrolitu w gumce "zaworu" i wypchnięcie poza komorę ogniwa elektrolitu przez powstające gazy.

    Ostatnio na akumulatorach zęby połamałem. Nie wdając się w szczegóły jako ciekawostkę dodam, że zwarcie akumulatora w szczególności VRLA nie wywoła wybuchu. Zazwyczaj przepali się wewnętrzny łącznik między celami (ale może wybuchnąć pożar wynikający z osprzętu akumulatora).

  • #5 30 Sty 2016 10:15
    TechEkspert
    Redaktor

    @mkpl opisywane zabezpieczenie przeciwzwarciowe (w zasadzie przeciwpożarowe) jest podobne do tych stosowanych w w Li-Ion (przylutowana metalowa sprężynka/blaszka, która po rozgrzaniu odskakuje i rozłącza obwód). Wprawdzie po takim zwarciu VRLA jest do wyrzucenia ale ograniczone zostaje ryzyko podpalenia otoczenia.
    Zwykle w obwodach ładowania/odbiorów znajduje się bezpiecznik ograniczający prąd zwarciowy akumulatora, także to wewnętrzne zabezpieczenie można potraktować jako stopniowanie zabezpieczeń, ochrona przed zwarciem np. do metalowej obudowy.

  • #6 30 Sty 2016 11:32
    mkpl
    Poziom 37  

    @TechEkspert zmartwię Cię niema czegoś takiego w samym akumulatorze.

    Robiłem badania zniszczeniowe małych akumulatorów do 18Ah, które poddawane były pełnemu zwarciu na poziomie rezystancji wewnętrznej i zawsze przepalał się ołowiany łącznik między celami. Akumulator oczywiście miał w sobie nadal ładunek, który po rozebraniu można było pobrać (po około 2V na cele). Drugi eksperyment zakładał takie zwarcie by nie przekroczyć prądu przepalenia łącznika. Akumulator oddał całą energię do "0" i dopiero po rozładowaniu zaczął wydawać z siebie ciepło. Rozgrzał się do 70*C i spuchnął.

    Akumulatory kwasowe mokre są pod tym względem niebezpieczniejsze. Przy takim eksperymencie obficie parują. Dobrze zaprojektowany akumulator ma przewidzianą wydajność upustową "korków" na taką ewentualność. W innym przypadku groziło by to rozsadzeniem akumulatora. Eksplozja z tytułu zapalenia gazów w przypadku rozładowania nie zaistnieje gdyż to tylko para wodna.

    Jednocześnie należy nadmienić, że każdy akumulator powinien mieć bezpiecznik na odpowiedni prąd dobrany do parametrów systemu odbioru. Tj przewodów i urządzenia. W innym przypadku w razie uszkodzenia to przewody i urządzenie zasilane będzie źródłem pożaru.

    Nadmienię też, że bezpieczników nie stosujemy np tak:
    Nasze urządzenie pobiera prąd 5A a jak się coś uszkodzi to pobierze 30A wiec zastosujemy bezpiecznik 20A. Bezpiecznik 20A przy prądzie 30A będzie się przepalał do godziny...

    Wartość i typ bezpiecznika wyliczamy z całki Joule'a jaką jest w stanie bezpiecznie przejąć na siebie układ.

    W sumie temat szeroki i mógłbym o tym pisać godzinami więc w tym miejscu się zatrzymam :) i będę odpowiadał na ewentualne konkretne pytania.

  • #7 30 Sty 2016 14:13
    TechEkspert
    Redaktor

    Czyli wewnętrzne połączenia mogą rozłączyć prąd (dla testowanego rodzaju akumulatorów 18Ah) przy zwarciu np. do metalowej obudowy, zwarciu w gnieździe zasilającym itp. przypadki gdzie rezystancja pętli zwarcia jest bardzo niska.

    Przedstawiłeś użyteczną obserwację dotyczącą zwarcia o mniejszym prądzie:
    "Drugi eksperyment zakładał takie zwarcie by nie przekroczyć prądu przepalenia łącznika. Akumulator oddał całą energię do "0" i dopiero po rozładowaniu zaczął wydawać z siebie ciepło. Rozgrzał się do 70*C i spuchnął."

    "Akumulatory kwasowe mokre są pod tym względem niebezpieczniejsze. Przy takim eksperymencie obficie parują. Dobrze zaprojektowany akumulator ma przewidzianą wydajność upustową "korków" na taką ewentualność. W innym przypadku groziło by to rozsadzeniem akumulatora. Eksplozja z tytułu zapalenia gazów w przypadku rozładowania nie zaistnieje gdyż to tylko para wodna."

    Czy przeprowadzałeś próby z symulacją uszkodzenia ładowarki i przeładowaniem akumulatora?
    Czy poza wspomnianym gazowaniem i ew. wyrzuceniem elektrolitu do "maty absorbującej" pojawiły się inne groźne efekty (np. ryzyko zapalenia gazów ?).

    Miałem okazję natrafić na moduł likwidowanej siłowni, w module pracował zespół akumulatorów żelowych pracujących szeregowo (4 sztuki o pojemności kilkudziesięciu Ah + zasilacz buforowy o mocy kilkuset watów) akumulatory miały wyrwane i odkształcone (pofalowane) górne części obudowy (spuchnięcie "na boki" było utrudnione gdyż miejsce ograniczała obudowa modułu). W szeregowym połączeniu nie nastąpiła przerwa ( w sensie całkowitego rozłączenia np. przez przepalenie połączeń ), ładowarka zgłaszała błąd ładowania i napięcie na zespole akumulatorów wynosiło ~10V zamiast >50V.

    Całość była już wyłączona z eksploatacji i nie miałem okazji wykonać bardziej szczegółowych badań. Zastanawiam się co mogło spowodować takie zniszczenia: zwarcie na zespole akumulatorów / przeładowanie / zablokowanie otworów wentylacyjnych lub uszkodzenie wentylatorów i przegrzanie zasilaczem buforowym ?

    Kwestia doboru bezpieczników to faktycznie odrębny temat, często określenie bezpiecznik "na" 10A może być mylące dla osoby, która dopiero zaczyna badać ten temat.

    Tutaj bardzo podstawowa próba pokazująca pracę bezpiecznika o wartości znacznie mniejszej niż wspomniane 30A, próba przy dwukrotnie większym prądzie niż symbol naniesiony na bezpieczniku.

    Link

  • #8 30 Sty 2016 14:57
    mkpl
    Poziom 37  

    Z tymi bezpiecznikami jak pisałem bywa różnie. Producenci produkują kilka typów np bezpiecznika 4F (4A szybki). Różnią się one tylko numerem katalogowym i co najważniejsze opisywaną przeze mnie całką Joule'a (I^*t). Określa ona ilość ciepła potrzebną by przepalić bezpiecznik. Jest to wartość zależna od prądu w czasie zgodnie z przytoczonym wcześniej wzorem i^2 * T. Jak widać dla małych wartości prądu istotny wpływ ma czas ale przy większych przeciążeniach prąd gra coraz większą rolę.

    Myślę, że bezpieczniki to temat na osobny artykuł bo można o nich małą książkę napisać :).

    Jeśli chodzi o przeładowanie to akumulatory VRLE niszczą się przez puchnięcie. Konkretnej robią się z nich balony i tyle. Ryzyko wycieku elektrolitu jest bardzo niskie. Maty absorbujące są tylko lekko wilgotne (elektrolitu jest minimum). Nie ma tam "wolnego" płynnego elektrolitu, który mógł by wypłynąć (jeśli chodzi o klasyczny sposób rozumowania wycieku z akumulatora).

    Dlatego wszelkie próby "dolewania" wody powyżej płyt do takiego akumulatora zgodnie z opisami dostępnymi w internecie to pułapka. Uszkadza go nieodwracalnie. Woda z nich paruje oczywiście i jest to związane z warunkami przechowywania akumulatora. Ale aby woda uciekła do atmosfery akumulator musi być mocno rozgrzany tak aby ciśnienie pary pokonało zawór upustowy, który opisywałem w poprzednich postach.

    Akumulatory tego typu zużywają się przez oddawanie materiału z płyt do sparatora (mat oddzielających nasączonych elektrolitem).

    W przypadku akumulatorów mokrych wybuch jest bardzo realny, jest w nich duża ilość płynnego elektrolitu (co ma też przełożenie na znacznie mniejszą rezystancję wewnętrzną i zdecydowanie większy prąd), który podczas przeładowania się zagotuje i rozbije chemicznie tworząc silnie wybuchowe opary.


    W przypadku UPS gdzie są akumulatory łączone w szereg po 20 szt zwarcie jednej celi lub nawet odłączenie jednego akumulatora z szeregu nie powoduje niszczących skutków. Akumulatory przejma na siebie nadwyżkę napięcia i zużyją się wcześniej.

  • #9 30 Sty 2016 15:02
    OldSkull
    Poziom 27  

    TechEkspert napisał:
    Kwestia doboru bezpieczników to faktycznie odrębny temat, często określenie bezpiecznik "na" 10A może być mylące dla osoby, która dopiero zaczyna badać ten temat.

    Dlatego należy się po pierwsze kierować złotą zasadą: "Read That Fine Manual" (w skrócie RTFM) - normalni producenci bezpieczników podają dla jakich prądów jak się skraca czas zadziałania bezpiecznika oraz niekiedy jaki wpływ ma temperatura. Generalnie w większości przypadków przy 25*C prąd przerwania obwodu wynosi około 2x prąd znamionowy i czas idzie w sekundy. Ale temperatura też robi swoje - bezpiecznik wygrzany prądem znamionowym przy pojawieniu się przełączenia przepali się szybciej niż taki, który był zimny.

    W przypadku ładowania akumulatorów kwasowych należy pamiętać o tym, że wraz ze wzrostem temperatury spada maksymalne napięcie w którym następuje gazowanie i/lub przegrzewanie. Dlatego korzystanie z ładowarek CC/CV w przypadku akumulatorów kwasowych i ładowaniu dużym prądem jest niebezpieczne.

    Dodano po 4 [minuty]:

    mkpl napisał:
    Z tymi bezpiecznikami jak pisałem bywa różnie. Producenci produkują kilka typów np bezpiecznika 4F (4A szybki). Różnią się one tylko numerem katalogowym i co najważniejsze opisywaną przeze mnie całką Joule'a (I^*t). Określa ona ilość ciepła potrzebną by przepalić bezpiecznik. Jest to wartość zależna od prądu w czasie zgodnie z przytoczonym wcześniej wzorem i^2 * T. Jak widać dla małych wartości prądu istotny wpływ ma czas ale przy większych przeciążeniach prąd gra coraz większą rolę.

    Dokładnie tak, ale trzeba pamiętać jeszcze o takim parametrze jak zdolność wyłączania - czyli prąd (najczęściej bardzo duży) powyżej którego podany I^2*t nie działa i wyłączenie trwa dłużej.

  • #10 30 Sty 2016 15:07
    mkpl
    Poziom 37  

    @OldSkull CC/CV to metoda ładowania przyspieszonego i jeśli jest odpowiednio zastosowana jest bezpieczna. O co w tym chodzi:

    Ładowanie klasyczne prądem 10 godzinnym ładujemy cały czas wymuszeniem prądowym 0.1C akumulatora a po czasie odłączamy akumulator. Jest bezpieczne gdyż to akumulator wymusza napięcie końcowe ładowania jak i czas ładowania.

    Ładowanie buforowe to ładowanie źródłem napięcia stałego, którego wartość jest zależna zgodnie z krzywą napięcia akumulatora w funkcji temperatury. Ograniczenie prądowe ładowania to 0.1C czyli klasycznie.

    Ładowanie przyspieszone niweluje problemy ładowania klasycznego i buforowego. Chodzi o to, że akumulator dochodząc do napięcia buforowego mniej chętnie pobiera prąd, który wraz z stopniem naładowania maleje co znacznie wydłuża pełne naładowanie.
    Ładowanie przyspieszone robi się tak, że akumulator jest ładowany wymuszeniem pradowym o wartości0.1C do napięcia pracy buforowej (z uwzględnieniem temperatury). W tym momencie prąd akumulatora zaczyna spadać i poniżej pewnego progu dołączane jest na stałe źródło napięcia o wartości takiej jak wynika z temperatury otoczenia.

    Trudno to wytłumaczyć tekstem, przydały by się wykresy ale niestety nie mam nic pod ręką.

  • #11 30 Sty 2016 15:50
    prosiak_wej
    Poziom 26  

    Przy okazji tematu zapytam o coś, co kiedyś zaobserwowałem. Zużyty akumulator AGM (napięcie poniżej 8V, prądu praktycznie żadnego) i korki w nim zassane. Było to widoczne (wieczko korka wklęsłe), a przy zdejmowaniu korka szczypcami czuć było niewielką siłę, która go trzymała.

  • #12 30 Sty 2016 16:02
    mkpl
    Poziom 37  

    Trudno przewidzieć co się stało w akumulatorze. To jest chemia i rządzi się swoimi prawami (elektronikowi ciężko to czasem pojąc)

    Przypuszczam, że akumulator ładowany był cyklicznie prądem 0.1C przez 10 godzin. Po utracie pojemności (spadek do 50%) był sukcesywnie przeładowywany do pojemności jaką powinien posiadać nominalnie co powodowało gazowanie i nagrzewanie. Po ustaniu "narażenia" gazy się skropliły i spadło ciśnienie w celi poniżej ciśnienia atmosferycznego.

    Podobna sytuacja mogła wystąpić w momencie uszkodzenia jednej z cel, podczas ładowania powoduje ona przeładowanie pozostałych a w momencie rozładowania zaniża napięcie akumulatora który wtedy wydaje się być rozładowany.

    Trudno mi określić konkretnie co mogło się stać bez obejrzenia akumulatora ale stawiał bym na jedno z powyższych.

  • #13 30 Sty 2016 16:06
    OldSkull
    Poziom 27  

    @mkpl, tak, wiem o co chodzi, ale problem jest wtedy, gdy ładowarka nie wie jaką temperaturę ma akumulator. Spotkałem się z sytuacją, kiedy ładowarka dawała ponad 0.25C i miała nawet wbudowany algorytm inteligentnego odcięcia, który miał wykrywać, że akumulator mniej chętnie przyjmuje prąd - i przełączać się w inny tryb. Problem był taki, że akumulator zanim to nastąpiło nagrzewał się do takiej temperatury, że jego maksymalne napięcie bardzo mocno spadło - na tyle, że algorytm zawodził. Efekt? Setki spuchniętych ogniw na całym świecie.
    A problemu by w ogóle nie było, gdyby akumulator był chłodzony lub ładowarka mierzyła temperaturę ogniw zamiast swojego otoczenia. Tak więc podawanie napięcia wynikającego z temperatury otoczenia to za mało.
    Piszę aby przestrzec ludzi przed bezmyślnym ładowaniem.

  • #14 30 Sty 2016 22:57
    mkpl
    Poziom 37  

    Ja widywałem sytuacje gdy akumulatory były ładowane wprost z sieci. Robią ludzie takie systemy (napięcie w sieci jest stabilizowane). Ja temu nie ufam ale też nie bawię się w UPS na kilka kW. Do około 3kW można zastosować inwertery Mean Well w systemach 24V wraz z odpowiednimi zasilaczami. Takie systemy są obiektem mojej pracy zawodowej i w takich przypadkach mogę się wypowiadać.

    Akumulator jest elementem, który należy stosować świadomie włącznie z wszelkimi zastosowaniami i ich wadami. Mimo swojej prostoty działania i zastosowania uważam, że większość początkujących powinna się w tej kwestii konsultować z osobami doświadczonymi. Brak literatury i odpowiedniej wiedzy jest niestety problemem, którego się nie da przeskoczyć w porosty sposób a sam temat jest dosyć niebezpieczny.

    Ze swojej strony powiem, że "odświętne" doładowanie jednorazowe akumulatora prądem i nawet 0.4C krzywdy wielkiej mu nie zrobi. Ważniejsze jest pilnowanie napięcia pracy buforowej. To potrafi skrócić czas życia akumulatora nawet o połowę.

  • #15 02 Lut 2016 10:05
    kult5
    Poziom 21  

    Mam 2 pytania odnośnie ww. akumulatorów:
    1) W tekście zamieszczono tabelkę oceny naładowania akumulatora na podstawie dobowego spadku napięcia. Jak ma się to do akumulatorów kilkuletnich o znacznym spadku pojemności? Przykładowo posiadam akumulator o fabrycznej pojemności 100Ah, po kilku latach jego pojemność wynosi 60Ah, z tabelki odczytuję jego naładowanie na 60%. Pytanie brzmi czy do dyspozycji mam 60% pojemności fabrycznej tzn 60 Ah, czy może 60% z wartości obniżonej czyli 60%*60Ah= 36Ah

    2)Ostrzega się przed ładowaniem zamarzniętych akumulatorów, jakie wartości są niepokojące? tzn poniżej jakiego napięcia oraz poniżej jakiej temperatury należy zachować szczególna ostrożność?

  • #16 02 Lut 2016 17:19
    mkpl
    Poziom 37  

    Ad.1 Oczywiście stopień naładowania zależy od aktualnego stanu akumulatora. W przypadku nowych pojemność ma tolerancję -20/+5%

    Ad.2 Absolutnie zakazane jest ładowanie akumulatora poniżej 0*C, w praktyce bezpiecznie do 10*C (wartości te nie dotyczą akumulatorów samochodowych).

  • #17 11 Kwi 2016 01:09
    Fules
    Poziom 10  

    Witam szanownych Kolegów,

    Akumulator ołowiowy to nasz stary znajomy z samochodu. Budowa, działanie i diagnostyka znana od lat. Od lat znane są nam również jego słabe strony (duży masa i szybka degradacja ogniw jeżeli na jakiś czas pozostawimy je w stanie rozładowanym). Dla elektronika to magazyn energii do zasilania jego urządzeń.

    Co ważne dla magazynowania energii odnawialnych:
    aby wyjąć z akumulatora ołowiowego 1 kWh, to należy podczas ładowania włożyć ok. 1,6 Ah.

    Każde ogniwo to indywidualna "kuchnia" elektrochemiczna, podczas ładowania i rozładowania wzrasta temperatura ogniwa, napięcie ogniwa osiąga napięcie progowe, powyżej którego dalsze wymuszanie przepływu prądu już nie przenosi jonów a zaczyna rozkładać wodę z elektrolitu na tlen i wodór.

    W większości naszych zastosowań potrzebujemy napięć zasilających dużo wyższych od 2 V. Tradycyjna samochodówka to 12 i 24 V, świat telekomunikacji stosuje 48V, UPS/y większej mocy idą już w rejon napięć sieciowych 300-600 VDC.
    Ogniwa akumulatorów ołowiowych łączy się szeregowo. Asymetrie w pojemności, stanie naładowania wyrównuje się intensywnym przeładowaniem przy niewielkim natężeniu prądu, a spowodowane tym ubytki wody uzupełnia się ręcznie lub automatycznie.

    W drugiej połowie ubiegłego wieku pojawiło się fantastyczne i przyjazne dla użytkownika i otoczenia rozwiązanie techniczne. Elektrolit uwiązano w filcu szklanym lub żelu, i przyprawiono go dodatkami ułatwiającymi rekombinację czyli zwrotne przetwarzanie powstałych gazów na wodę. Całość zamknięto w szczelnej komorze zaopatrzonej w nadciśnieniowy zawór bezpieczeństwa (stąd nazwa VRLA). Wystarczy jeszcze łyknąć bajkę marketingową dystrybutora i nabieramy przekonania, że mamy idealny akumulator.

    I to są rzeczywiście bardzo dobre akumulatory!
    Ale praktyka ich eksploatacji szczególnie przy ładowaniu wymaga dyscypliny i nie toleruje przekraczania zależnych od temperatury napięć ładowania.

    I teraz moi szanowni koledzy podzielę się z Wami paroma moimi skromnymi doświadczeniami z akumulatorami VRLA.

    Jak tylko wśród nowinek technologicznych pojawiły się w Polsce akumulatory Optima (ogniwa zwijane w walce z elektrolitem AGM/wata szklana) to jak miałem trochę wolnej kasy to kupiłem ojcu do małego busa Toyoty Optimę. Wrażenie było niesamowite, nawet zimą przy mrozach minus 15 stopni ten akumulator kręcił zimnym silnikiem diesla jak wentylatorem. Coś niesamowitego. Zdążyliśmy się już przyzwyczaić, że zawsze odpala. Po mniej więcej roku z dnia na dzień akumulator padł (wysechł). Tradycyjne ładowanie napięciem z typowego alternatora powolutku, podstępnie i bezgłośnie pozbawiło elektrolit wody!

    Później przez parę lat zajmowałem się usługami serwisowania i diagnostyki baterii akumulatorów stacjonarnych. I właśnie wtedy wysypało w naszym rejonie nowymi technologiami i pojawiły się akumulatory zamknięte. Czyli życie zmusiło mnie do przejścia z technologii "trąbka - pompka i lewarek" (pełne ładowanie, badanie gęstości elektrolitu, uzupełnianie wody, kontrolne pełne rozładowanie baterii, ponowne ładowanie, kontrola, regulacja i naprawy zasilaczy buforowych) na technologie i nową wiedzę dającą możliwość zapanowania nad nowym typem akumulatora.

    Do tego typu akumulatora nie ma już praktycznie możliwości dolewania wody! Jeżeli mamy szereg ogniw lub bloków akumulatorów na stelażu i część jest przy grzejniku lub nawiewie klimatyzacji, lub latem na część szeregu świeci słońce, to w ładowanym szeregu wystąpi asymetryczny rozkład temperatury ogniw. I wtedy dopadnie naszą baterię wirus o nazwie "Thermal run away" ("Pełny odlot termiczny"). Progowe wartości napięć, powyżej których ogniwo zacznie rozkładać wodę elektrolitu zmniejszają się wraz z wzrostem temperatury. Nawet przy idealnie symetrycznym rozkładzie napięć ładowania na ogniwach, te ogniwa lub ta jedna "czarna owca" ciut cieplejsza, na zasadzie dodatniego sprzężenia zwrotnego zacznie się jeszcze bardziej grzać, jeszcze bardziej obniżą się elektrochemiczne napięcia progowe i najsłabsze ogniwa zaczynają się coraz bardziej rozjeżdżać w parametrach. Do czasu to zjawisko rozjeżdżania się symetrii ogniw /akumulatorów w baterii nie daje żadnych objawów. Ba, mamy nawet delikatny margines na samokorektę, bo przy bardzo małym prądzie wyrównującym (C/50 - C/100) i uczciwie działających korkach nadciśnieniowych zasilacz buforowy jest w stanie uzyskać podciągnięcie "maruderów", część asymetrycznie pojawiających się gazów "wróci" do elektrolitu.

    Przy już asymetrycznej sytuacji pomiędzy ogniwami intensywne i głębokie cykle, np. tradycyjne rozładowanie diagnostyczne dla określenia pojemności baterii a następnie intensywne pełne ładowanie potrafi na następny dzień całkowicie skasować działającą baterię!

    Przy zasilaczach buforowych starego typu warto zmierzyć poziom pulsacji na wyjściu zasilacza (składnik AC). Wszystkie piki powyżej napięć progowych już potrafią inicjować gazowanie. Miałem przypadek w elektrociepłowni, gdzie regularnie padały baterie akumulatorów żelowych 220V mimo teoretycznie prawidłowo ustawionych i mierzonych multimetrami napięć ładowania. Zasilacz był francuski, dokumentacja również w tym języku i przy instalacji nie zwrócono uwagi, że wyjście A to zasilanie żywcem z trójfazowego mostka prostowniczego (i to szło na baterie akumulatorów) a na wyjściu B (do odbiorników) jest dodatkowy półtonowy dławik indukcyjny blokujący pulsacje. Wyłapałem to ze schematu urządzenia, zamieniłem wyjścia zgodnie z intencją konstruktora i baterie AGM przestały padać.

    Specyfikacje producentów akumulatorów prezentują zależność żywotności akumulatora od temperatury w formie krzywej przypominającej krzywą dzwonową Gaussa. Deklarowana i obiecywana żywotność jest możliwa do uzyskania tylko przy utrzymywaniu optymalnego napięcia buforowego (korygowanego odpowiednio do temperatury). Powyżej lub nieco poniżej żywotność akumulatora szybko spada.

    A jak jest w praktyce?

    Moje subiektywne obserwacje są następujące:
    Miałem okres czasu, kiedy w kraju nieco bardziej na południe od nas (średnio o 5-10 stopni cieplej) serwisowałem przez parę lat baterie akumulatorów i instalowałem tam bardzo kulturalne zasilacze buforowe z warszawskiego Medcomu (z kompensacją temperaturową napięć ładowania baterii). Tamtejsze cementownie, podobnie do naszych łyknęli Niemcy i w ciemno na żywca przenosili niemiecką praktykę i ustawienia zasilaczy buforowych i ładowania w ups-ach przemysłowych. A jak w Datenblatt stało, że musi być tyle Volt, to bankowo tyle lub ciut więcej było ustawione. Napięcia zasilania jak dla klimatu niemieckiego, a temperatury eksploatacji średnio o 10 stopni wyższe. Efektem było częste wymiany całych baterii. Wystarczyło odpowiednio obniżyć napięcia ładowania i baterie nagle odzyskały żywotność a klient przekonał się do mojej wiedzy.

    I podobna obserwacja, tyle, że w drugą stronę: serwisowałem nieco egzotyczne UPS-y przemysłowe z Izraela. Zupełnie inna mentalność techniczna, design nieco toporny ale bardzo solidne wykonanie i istotnie niższe napięcia ładowania. Po prostu zostawili dużo większy margines tolerancji napięciowej dla asymetrii między ogniwami. Czyli tylko teoretycznie świadomie zeszli z optymalnej żywotności akumulatora w stronę niższych poziomów napięciowych uzyskując dużo większy zapas na asymetrie w napięciach ładowania! A przecież w branży bankowej i ubezpieczeniowej markowe akumulatory Panasonica o 12 letniej żywotności i tak z automatu wymieniają co roku na nowe!

    Przy pracy z akumulatorami VRLA musimy pamiętać o jeszcze jednej istotnej rzeczy. Dla technika akumulator to przede wszystkim jego pojemność, zalecane parametry ładowania, czasami żywotność podana w cyklach pracy. Cała reszta obsługująca działanie i uzyskanie tych parametrów była dawniej zrobiona solidnie odpowiednio do dobrej praktyki inżynierskiej (solidna obudowa, wyprowadzenia i połączenia wewnętrzne, pewne w działaniu korki/zawory nadciśnieniowe).

    Akumulatory żelowe poznawałem przez tradycyjnie zaprojektowane akumulatory Sonnenschein-a (Do ogniw żelowych rodziny bodajże A600 dodawali nawet żel do uzupełnień, korki zawory były wykręcane, jak mi w nocy prostownik Bestera w melexie wygotował cały elektrolit to mogłem eksperymentować z dolewaniem wody i bateria odżyła), i akumulatory trakcyjne Deta (inżynierowie z niemieckiej Dety z duma opowiadali o produkcji baterii do wszystkich Ubotów i dla Deutsche Telekom).
    A później przyszedł walec globalizacji i wyrównał. Przyszła firma globalna i produkcja akumulatorów musiała przejść odchudzającą analizę wartości. System wartości technicznych musiał podporządkować się zarządzaniu kasą i twórcom legend marketingowych.

    Co to zmieniło w mojej praktyce serwisowej?
    "czy sie stoi, czy się leży..." Akumulator jest obecnie projektowany pod określony cykl życia produktu. Jak jest nowy, to ma i pojemność i pracuje, ale... z połączeń wewnętrznych wyoptymalizowano nadmiarowy metal. Czy pracuje, czy nie to i tak zwykła korozja chemiczna je zje, no może jak cały czas będzie pod optymalnym napięciem buforowym to trochę wolniej.
    Bardzo ważna jest zdolność utrzymywania nadciśnienia dla wsparcia rekombinacji wody, ale jak zdarzy się wam szanowni koledzy zobaczyć stosowane obecnie "zawory nadciśnieniowe" w akumulatorach VRLA (np. mała prezerwatywka z popękanej czarnej gumki na plastikowej końcówce rurki) to działanie tego rozwiązania staje się wątpliwe.

    Ustawiam napięcia ładowania niżej od optymalnych wg specyfikacji (np. 13,6 V dla akumulatorów 12 V) Często zdarza się, że padnięte akumulatory wewnątrz ups-a puchną i można je usunąć jedynie w kawałkach. To efekt podwyższonej temperatury w ciasnej komorze, zjawiska Thermal run away przyspieszającego katastrofę, wysuszenia i przegrzania już suchych akumulatorów.

    W diagnostyce bezinwazyjnej akumulatorów VRLA jednym z pionierów była amerykańska firma Midtronic. Stwierdzono, że konduktancja czyli zdolność przewodzenia ogniwa (jednostka Siemens = 1/Ohm) jest na ok. 80% współbieżna/koreluje z łączną powierzchnią płyt i stanem elektrolitu, czyli z możliwą do wyjęcia z akumulatora pojemnością wyrażoną w Ah. Oczywiście tak mierzone wartości są również zależne od temperatury, stanu naładowania itp. ale w terenie, przy konkretnej baterii daje to możliwość szybkiego wyłapania asymetrii i ogniw "po przejściach".
    Praktycznie są to dedykowane urządzenia do pomiaru oporności w zakresie mOhmów z izolacją DC, aby nam napięcie ogniwa nie zafałszowało pomiaru.
    Trudno mi się negocjowało z Midtronikiem, wiec kupiłem swego czasu dedykowany przyrząd Hioki i przez wszystkie lata aktywnej pracy z akumulatorami ołowiowymi zawsze miałem go w samochodzie. Po paru latach moja własna baza wartości pomiarowych umożliwiała bardzo szybką i pewna diagnostykę baterii bez ich rozładowywania.

    Co mogę poradzić, jak obecnie stosować akumulatory VRLA?

    Analogowe rozwiązanie dobrego algorytmu ładowania akumulatora VRLA to układ Unitrode (obecnie TI) UC2906, już z kompensacją temperaturową napięcia ładowania.

    http://www.ti.com/lit/ds/symlink/uc2906.pdf

    nota aplikacyjna bardzo zwięźle i konkretnie prezentująca dotychczasową wiedzę o tym jak ładować akumulatory VRLA

    http://www.ti.com/lit/an/slua115/slua115.pdf

    Na dowolnym z popularnych kontrolerów cyfrowych łatwo można przedstawione na powyższych linkach algorytmy zastosować do sterowania inteligentnej ładowarki. Ważne, aby czujnik temperatury przytulić do obudowy akumulatora i przykryć izolacją termiczną z zewnątrz.

    pozdrawiam

    Jurek

  • #18 11 Kwi 2016 18:06
    CMS
    Administator HydePark

    Bardzo ciekawy artykuł. Sporo już wiedziałem w tym temacie, ale muszę przyznać, że rzuciłeś nowe światło na moją wiedzę. Dowiedziałęm sie też paru cikawostek.

    Fules napisał:
    padnięte akumulatory wewnątrz ups-a puchną i można je usunąć jedynie w kawałkach


    Wiem coś o tym. W prawdzie ni biorę się za UPS'y powyżej 5kVA, ale nie raz mi się zdarzyło, rozwiercać nity lub nawet rozcinać obudowę, żeby wydobyć akumulatory które spęczniały i "wypełniły" otwory konstrukcyjne :)

    Pozdrawiam.
    CMS

  • #19 11 Kwi 2016 21:31
    mkpl
    Poziom 37  

    Ja jeszcze rozwinę jak takie Hioki mierzy (taki algorytm ma wiele zasilaczy PPOŻ).
    Jest to generator przebiegu sinusoidalnego który przez kondensator szeregowy wymusza prąd 1kHz w akumulator.
    Mierzone jest napięcie na akumulatorze (AC selektywnie 1kHz) i prąd w rezystorze szeregowym zaszytym w urządzeniu (też selektywnie 1kHz). Proste a działa świetnie.

  • #20 08 Gru 2017 11:54
    Saroyan
    Poziom 9  

    CMS napisał:
    Bardzo ciekawy artykuł. Sporo już wiedziałem w tym temacie, ale muszę przyznać, że rzuciłeś nowe światło na moją wiedzę. Dowiedziałęm sie też paru cikawostek.
    Fules napisał:
    padnięte akumulatory wewnątrz ups-a puchną i można je usunąć jedynie w kawałkach

    Wiem coś o tym. W prawdzie ni biorę się za UPS'y powyżej 5kVA, ale nie raz mi się zdarzyło, rozwiercać nity lub nawet rozcinać obudowę, żeby wydobyć akumulatory które spęczniały i "wypełniły" otwory konstrukcyjne :)
    Pozdrawiam.
    CMS

    Chciałbym dorzucić coś w kwestii żywotności akumulatorów przy pracy cyklicznej. Posiadam (a raczej posiadałem) baterie SSB-SBL 200-12i (VRLA) połączone w szereg do zasilania oświetlenia/gniazd poprzez falownik. Były ładowanie cyklicznie z paneli fotowoltaicznych. Temperatura pracy - poddasze 15-30 stopni w zależności od pory roku. Akumulatory wytrzymały 2.5 roku pracy a potem przestały trzymać napięcie. Napięcie ładowania było regulowane przez regulator Stecy Tarom 4545 - ok. 27V przy ładowaniu i nieco mniej przy konserwancji (floating). Zabezpieczeniem od głębokiego rozładowania był limit na falowniku, który przestawiał go w tryb stand-by przy 22V. Nie polecam akumulatorów VRLA do pracy cyklicznej, max 800 cykli i drop dead. Podobnie w firmie, w której pracuję wykorzystujemy baterie AGM 12 V 7Ah "long life". Średnio 3 lata żyowtności i do wymiany na najbliższym serwisie. Gdybym był mądrzejszy, to za tą samą cenę wybrałbym baterie mokre i dolewanie elektrolitu raz w tygodniu.

  • #21 08 Gru 2017 12:19
    Wlodek22
    Poziom 27  

    Mokre to bardzo szeroki zakres. Najlepiej będą się sprawdzać akumulatory trakcyjne.

  • #22 08 Gru 2017 20:02
    CMS
    Administator HydePark

    Jeśli chodzi o niedrogie i dobre akumulatory, to szukajcie SSB z zielonymi napisami.

  • #23 09 Gru 2017 01:47
    prosiak_wej
    Poziom 26  

    CMS napisał:
    Jeśli chodzi o niedrogie i dobre akumulatory, to szukajcie SSB z zielonymi napisami.


    Mam takie dwa 90Ah w instalacji 12VDC. Źródło - zasilacz Astec zmodyfikowany do 13,8V, akumulatory przypięte równolegle, buforowo. Jakieś dwa lata pracy bez obawień. Z tej samej serii dwie sztuki 18Ah pod UPS-em APC Smart-UPS 700 w podobnym czasie umarły w połowie. Na początku UPS kalibrowałem i czas podtrzymania wynosił śmiało ponad 90 minut, obecnie nie ma nawet 40. Jednak winę zrzucam na UPS, który ładował akumulatory zbyt wysokim napięciem. Tak czy inaczej, nie będę kupował żadnych wynalazków typu Vipow, tylko SSB SBL z 'i' na końcu :)

  • #24 09 Sty 2018 16:34
    mradamf1985
    Poziom 12  

    Witam, pod filmem zadałem pytanie ale nie udało mi się uzyskać odpowiedzi więc chciałem zadać to pytanie ponownie tutaj. Czy może ktoś ma wiedzę na temat jakim bezpiecznym prądem można rozładowywać akumulatory? Tak wiem że to może zależeć od wielu rzeczy jak technologia wykonania, pojemności itp. Po prostu zastanawiam się jak sobie z tym radzicie, czy jest jakiś słoty środek jak przy ładowaniu 0.1C, czy może są do tego jakieś tabele z ogólnie przyjętymi wartościami?

  • #25 09 Sty 2018 17:12
    CMS
    Administator HydePark

    Wszystko zależy od rodzaju akumulatora. Dla jednych to będą ułamki C, a dla innych dziesiątki C.
    Najlepiej zerknąć do noty katalogowej konkretnego akumulatora.