Charakterystyka baterii VRLA - utrzymanie pojemności i przechowywanie baterii

Utrzymanie pojemności – przechowywanie akumulatorów CSB

1. Samorozładowanie akumulatora VRLA

Gdy naładowany akumulator jest pozostawiony bez pracy przez dłuższy czas, jego pojemność stopniowo maleje i akumulator przechodzi w stan częściowego lub pełnego rozładowania. Energia zgromadzona w ogniwach jest zużywana wewnętrznie, bez oddawania jej do zewnętrznego obwodu. Zjawisko to nazywa się samorozładowaniem.

Samorozładowanie jest zjawiskiem nieuniknionym – zachodzi nawet wtedy, gdy akumulator nie jest używany. Wynika ono z wewnętrznych procesów chemicznych i elektrochemicznych zachodzących w akumulatorze. Akumulatory kwasowo–ołowiowe VRLA CSB charakteryzują się jednak znacznie mniejszym samorozładowaniem niż typowe baterie ołowiowo–kwasowe.

2. Przyczyny samorozładowania

(1) Procesy chemiczne

Zarówno dodatnia masa aktywna (dwutlenek ołowiu PbO₂), jak i ujemna masa aktywna (gąbczasty ołów Pb) stopniowo reagują z kwasem siarkowym w elektrolicie. W wyniku tych reakcji powstaje stabilny siarczan ołowiu (PbSO₄), co powoduje stopniowy spadek pojemności – nawet wtedy, gdy akumulator nie zasila żadnego odbiornika.

(2) Procesy elektrochemiczne

Dodatkowe samorozładowanie może być powodowane przez zanieczyszczenia obecne w ogniwach lub powstające w wyniku utleniania elementów wewnętrznych. Mogą one tworzyć lokalne ogniwa galwaniczne, powodując niepożądaną redukcję obu elektrod i tym samym przyspieszone samorozładowanie.

Poziom samorozładowania akumulatorów CSB jest bardzo niski – wynosi około 1/3 do 1/4 samorozładowania typowych, konwencjonalnych akumulatorów ołowiowo–kwasowych. Oznacza to, że akumulatory CSB mają bardzo dobre właściwości utrzymania pojemności podczas przechowywania. Rysunek 1 przedstawia charakterystykę utrzymania pojemności oraz wytyczne dotyczące przechowywania.

3. Charakterystyka utrzymania pojemności – wykres samorozładowania

Rysunek 1. Charakterystyka utrzymania pojemności oraz ładowania konserwującego – wytyczne dotyczące przechowywania akumulatorów CSB.

Opis wykresu (Rysunek 1)

Wykres przedstawia spadek pojemności akumulatora CSB w czasie przechowywania w różnych temperaturach oraz wpływ ładowania konserwującego (uzupełniającego) na utrzymanie pojemności. Na osi poziomej znajduje się czas przechowywania, a na osi pionowej – pozostała pojemność względna (%). Krzywe pokazują, że przy niższych temperaturach (np. około 20–25 °C) pojemność spada znacznie wolniej niż w wysokich temperaturach. Wskazano również zalecane momenty wykonywania ładowania uzupełniającego tak, aby akumulator nie uległ nadmiernemu zasiarczeniu podczas długotrwałego składowania.

4. Przechowywanie akumulatorów CSB

Akumulatory CSB, dzięki zastosowaniu płyt ze stopu Pb–Ca (ołów–wapń), mogą być przechowywane znacznie dłużej niż konwencjonalne akumulatory ołowiowo–kwasowe. (Patrz Rysunek 1). Akumulatory, które były długo przechowywane po naładowaniu, wymagają okresowego ładowania uzupełniającego, zgodnie z zaleceniami producenta przedstawionymi w Tabeli 1.

Po przedłużonym okresie przechowywania zaleca się przeprowadzenie ładowania uzupełniającego jedną z poniższych metod:

• Ładowanie stałym napięciem 2,275 V/celę przez 16–24 godziny (typowe dla pracy buforowej przy niższych temperaturach przechowywania),
• Ładowanie stałym napięciem 2,45 V/celę przez 5–8 godzin (szybsze ładowanie przy umiarkowanych temperaturach),
• Ładowanie stałym prądem 0,05C przez 5–8 godzin (stosowane w szczególnych przypadkach, gdy akumulator był przechowywany w niekorzystnych warunkach).

Czasami pojedynczy cykl ładowania uzupełniającego nie wystarcza do pełnego odzyskania pojemności. W takim przypadku proces ładowania należy powtórzyć, aż do uzyskania pojemności zbliżonej do znamionowej, przed kolejnym okresem przechowywania lub przed oddaniem akumulatora do pracy.

5. Temperatura przechowywania i odstępy między ładowaniami

Im wyższa temperatura przechowywania, tym częściej należy wykonywać ładowanie uzupełniające. Długotrwałe składowanie akumulatorów w temperaturach powyżej 30 °C jest niewskazane, ponieważ przyspiesza proces starzenia się baterii oraz zwiększa tempo samorozładowania.

6. Napięcie spoczynkowe a pozostała pojemność

Rysunek 2 przedstawia zależność między napięciem w obwodzie otwartym (napięciem spoczynkowym) a pozostałą pojemnością akumulatora. Pomiar napięcia po okresie spoczynku pozwala w przybliżeniu ocenić stan naładowania baterii (SOC – State of Charge).

Rysunek 2. Charakterystyka napięcia obwodu otwartego akumulatora w zależności od pozostałej pojemności.

Opis wykresu (Rysunek 2)

Wykres ilustruje, w jaki sposób zmienia się napięcie spoczynkowe akumulatora w funkcji pozostałej pojemności. Dla w pełni naładowanego akumulatora napięcie w obwodzie otwartym osiąga wartość typową dla stanu 100% SOC. Wraz ze spadkiem pojemności napięcie obniża się stopniowo, a przy głębokim rozładowaniu osiąga wartości zbliżone do napięcia końcowego rozładowania. Na podstawie napięcia spoczynkowego, zmierzonego po ustabilizowaniu się warunków (zwykle po kilku godzinach od odłączenia obciążenia i ładowarki), można w przybliżeniu określić stopień naładowania akumulatora i podjąć decyzję o konieczności doładowania lub regeneracji.

Na podstawie materiałów producenta: www.csb-battery.com – Hitachi Chemical Energy Technology Co. Ltd.