 |
|
|
Despre baterii(I)
Cu exceptia anodului, acest tip de celula este apropiat de celula NiCd.
Utilizarea Li metalic in acest tip de baterii genereaza probleme legate de siguranta in exploatare, motiv pentru care au fost dezvoltate anumite combinatii de structuri fizice pe baza de litiu pentru anod. Una din solutiile gasite a fost intercalarea litiului intro retea cristalina de grafit.
Datorita constructiei apar 2 probleme:
In prezent aceste probleme au fost in mare masura rezolvate datorita utilizarii celulelor capsulate, aparute la inceputul anilor 70. Totusi, nici aceste celule nu sunt inchise etans ci au supape de ventilatie care elibereaza gazele generate in exces.
Obtinerea randamentului maxim al bateriilor reincarcabile se bazeaza, in principal, pe modul in care decurge incarcarea lor.
Ca regula generala, pe durata procesului de incarcare, bateriile nu trebuie sa prezinte fenomenul de supra incalzire deoarece temperaturile crescute scurteaza dramatic viata acestora. Cu toate acestea, incalzirea bateriilor pe baza de nichel este inevitabila in cursul incarcarii. Ori de cate ori acest fenomen apare, trebuie limitat in timp.
Cresterea de temperatura apare intotdeauna in a doua parte a ciclului de incarcare. Intotdeauna, incarcarea de tip trickle trebuie sa se desfasoare latemperatura camerei. Daca bateria este calda in aceasta faz, inseamna ca incarcatorul nu functioneaza corect iar bateria trebuie scoasa din incarcator.
Aceasta precautie trebuie luata, in mod special, in cazul bateriilor NiMH datorita imposibilitatii acestora de a converti chimic caldura.
Incarcatoarele de baterii pe baza de nichel se grupeaza in 3 categorii:
Bateriile pe baza de nichel necesita, inainte de prima utilizare o incarcare in mod trickle pentru 24 de ore (formatare). Aceasta este necesara pentru echilibrarea celulelor inseriate si pntru a reduce zonele uscate din separatorul electrolitic, aparute datorita actiunii gravitatiei in timpul stocarii indelungate.
Unii producatori de baterii nu le incarca complet inainte de livrare. Intreaga capacitate a bateriei este obtinuta dupa formatarea prin cicluri de incarcare/descarcare, uneori chiar dupa 50/100 de cicluri. In general, capacitatea specificata de producator se obtine dupa 5-7 cicluri de utilizare.
Majoritatea bateriilor de acest tip au prevazuta o supapa de ventilare care impiedica acumularea de gaze in celula. Supapa se deschide la atingerea unei presiuni interne mai mari de 10-13 bari, de 5 ori mai mari decat cea dintr-un pneu de automobil!
Functionarea supapei genereaza o depunere de pulbere alba in zona supapei. Prin deschiderea supapei de ventilare are si semnificatia unei pierderi de substanta din electrolit.
In prima perioada de incarcare a unei baterii NiCd in buna stare (adica pana atinge 70% din capacitate), eficienta reactiilor chimice este de aproximativ 100%, bateria ramanad rece ca urmare a transformarii integrale a energiei electrice primite in produse chimice. Incarcatoarele ultrarapide exploateaza aceasta calitate, incarcand in cateva minute bateria la curenti de cateva ori mai mari decat C, pana atinge 70%din capacitatea totala. Odata ce se depaseste acest prag, bateria incepe sa piarda treptat insusirea de transformare a curentului electric in reactie chimica, aparand supraincalzirea si acumularea de presiuni interne.
De regula, bateriile NiCd de capacitati foarte mari tind sa se incalzeasca mai mult decat cele standard. Acest fenomen apare datorita rezistentei interne mici a celulei. Pentru a compensa acest fenomen nedorit, incarcatoarele "inteligente" aplica o incarcare cu un curent variabil; mai mare la inceputul incarcarii si apoi, din ce in ce mai mic.
O alta metoda este aceea de incarcare in impulsuri de polaritate opusa pentru a creste nivelul de "acceptare" al curentului de incarcare. Aceasta metoda angreneaza reactii chimice alternative care ajuta la reconditionarea electrozilor si reduc efectul de memorie.
Detectarea starii de baterie incarcata se bazeaza pe o combinatie intre detectarea variatiei negative de tensiune (-dV), variatia temperaturii pe unitatea de timp (dT/dt), masurarea temperaturii absolute a celulei si stabilirea unui interval de timp pentru aplicarea curentului de incarcare. Incarcatorul "inteligent" ia act de oricare din aceste conditii si ia decizia de terminare a incarcarii.
In unele incarcatoare, dupa etapa de incarcare initiala rapida se trece la o incarcare necesara pentru topping. Alte tipuri de incarcatoare mai parcurg o etapa suplimentara de incarcare la curent mare pe un timp determinat, pentru a mai castiga un plus de capacitate. De regula, acest castig este de ordinul a 6-8% cu pretul reducerii duratei de exploatare a celulei.
Ulterior ecestor etape, intervine incarcarea la un curent foarte mic (trickle charge), necesara pentru a compensa autodescarcare. Curentul recomandat pentru aceasta etapa este intre C/20 si C/10
Variatia de tensiune negativa este in intervalul 8-16mV per celula pentru o baterie noua.
O sensibilitate sporita a circuitului de detectie la -dV face ca incarcarea sa ia sfarsit inainte de atingerea capacitatii programate datorita fluctuatiilor de tensiune din retea sau datorita zgomotului electric. Cele mai multe incarcatoare de baterii NiMH utilizeaza toate metodele de detectie a incarcarii, respectiv -dV, dT/dt, masurarea temperaturii absolute si timer, dar in alt mod decat incarcatoarele destinate bateriilor NiCd.
Datorita variatiei foarte mici -dV, precum si absentei acestei variatii la incarcarea cu curenti mai mici de C/5, incarcarea bateriilor NiMH se realizeaza corect in incarcatoare rapide sau ultrarapide. Incarcatoarele care se bazeaza pe timer ca metoda de terminare a incarcarii fie nu incarca destul celula, fie o supraincarca. Spre deosebire, insa de bateriile niCd, cele NiMH au o toleranta redusa la supraincarcare datorita reactiilor chimice specifice. Tot un element specific este faptul ca incarcarea trickle trebuie sa se desfasoare la curenti de 5 ori mai mici decat la bateriile NiCd.
Incarcatoarele ieftine nu asigura o incarcare corecta a bateriilor NiMH, spre deosebire de cele NiCd intrucat ele opresc incarcarea pe baza detectiei unui varf de tensiune sau a unui varf de temperatura.
Indiferent de ce se spune de catre diferiti "experti", la incarcare celuleor pe baza de Li nu exista incarcatoare rapide sau care sa regenereze acest tip de acumulator. Aceasta datorita reactiilor chimice specifice. Fabricantii de baterii au instructiuni foarte clare si precise referitoare la incarcarea celulelor pe baza de Li iar acestea difera de la un fabricant la altul. Intrucat modul in care se produc reactiile chimice intr-o celula bazata pe Li este oarecum empiric determinat, si incarcarea urmeaza sa fie facuta in baza specificatiilor producatorului.
Bateriile pe baza de Li sunt "curate", nu genereaza emisii de gaze si nici nu necesita formatare inaintea utilizarii. De asemeni nu dezvolta fenomenul de memorie. Prima incarcare este identica cu cea de a, sa zicem, o suta. Indicatiile referitoare la incarcarea de minim 12 ore la prima utilizare nu au nici un sens decat acela de a crea o umbrela de mister in jurul adevaratelor informatii.
Cele mai multe celule Li au, in starea de incarcare, o tensiune de 4,20V cu o toleranta de +/- 0,05V per celula. Pentru prelungirea duratei de exploatare se admite o reducere cu 10% a tensiunii de incarcare, respectiv la 4,10V/celula. In ultima perioada, au aparut tipuri noi de astfel de baterii care pot suporta incarcari la tensiunea maxima fara ca aceasta sa scurteze durata de exploatare.
Timpul de incarcare al celor mai multor incarcatoare este de aproximativ 3 ore. Bateriile mici, utilizate in telefoane mobile pot fi incarcate la 1C in timp ce bateriile de capacitati mai mari, cum ar fi cele utilizate la calculatoare portabile sunt incarcate la aproximativ 0,8C. Eficienta la incarcare este de 99% iar bateria ramane rece p toata durata incarcarii.
Incarcarea completa este atinsa atunci cand este atins pragul de tensiune ori cand curentul de incarcare a scaut la 0,03C.
Cresterea curentului de incarcare in faza initiala nu are drept consecinta o scadere a duratei de incarcare caci a doua perioada, de topping, va dura proportional mai mult.
Totusi, unii producatori de incarcatoare de celule Li pretind ca incarca bateria intr-o ora sau mai putin. Aceste incarcatoare parcurg doar faza initiala incarcad bateria la aproximativ 70% din capacitatea nominala.
A doua faza dureaza, de obicei, de doua ori mai mult decat prima!
In cazul celulelor pe baza de Li, nu este necesara faza a treia, intalnita la bateriile pe baza de Ni, ba chiar este contraindicata intrucat dupa atingerea tensiunii de 4,05V/celula incepe depunerea electrochimica a Li pe electrozi ducand la instabilitate chimica si la explozii, bateriile neavand posibilitatea de a converti in caldura supraincarcarea. In loc de faza trickle, se aplica o incarcare topping periodica pentru a compensa consumul. Pentru compensarea autodescarcarii, odata la 20 de zile se recomanda o incarcare topping. De regula, aceasta incarcare se recomanda sa aiba loc pe palierul de la 4,05V/celula-4,20V/celula.
Fenomenul care apare la supraincarcare (peste 4,30V/celula) este, in rezumat, urmatorul: Litiul metalic se acumuleaza pe anod iar materialul din care este confectionat catodul devine agent oxidant determinand generarea de oxigen. Oxigenul eliberat astfel reactioneaza violent cu Litiul declansand o mica (dar nu prea) explozie.
In general, bateriile reincarcabile pe baza de Li contin circuite de protectie si urmarire a tensiunii pentru a asigura functionarea corecta atat la incarcare cat si la descarcare. Totodata, temperatura celulei trebuie urmarita cu mare atentie! Tensiunea per celula nu trebuie sa coboare sub 2,50V. De regula, odata atinsa aceasta tensiune, incarcarea pe incarcatoarele obisnuite destinate bateriilor pe baza de Li nu mai este posibila intrucat curba de incarcare difera de cea normala.
De regula, circuitul de protectie este incorporat in echipamentul care utilizeaza acest tip de baterie iar fabricantii livreaza bateriile partial incarcate (cam 40% din capacitate) pentru a preintampina autodescarcare. Unele baterii au chiar un circuit care nu permite consumatorului sa consume energie electrica daca bateria nu este activata cu o incarcare.
Expertii in acumulatori sunt unanimi in a aprecia ca viitorul apartine tehnologiei pe baza de Li datorita complexitatii reduse cerute incarcatoarelor. Desi acestea trebuie sa fie deosebit de precise in decelarea tensiunilor de prag care determina ciclul de incarcare, sunt, totusi, mult mai simple decat cele destinate tehnologiei pe baza de Ni care trebuie sa monitorizeze un numar mai mare de factori. Curentul de incarcare nu este critic si poate varia. Un curent mic va avea drept consecinta doar o durata mai mare la incarcare. Totusi, fata de tehnologia pe baza de Ni, aceste celule au dezavantajul unei imbatraniri mult mai rapide.
O celula pe baza de Li va avea acelasi numar de cicluri, fie ca descarcarea are loc pana la 1% din capacitate fie ca este descarcata doar cu 10%. Asadar, inainte de a introduce un acumulator pe baza de Li in incarcator, intrebati-va daca este nevoie, intr-adevar sa fie incarcat...
Bateriile pe baza de Li-polimer sunt asemanatoare cu cele Li-ion. Diferenta consta in faptul ca este utilizat un electrolit gel polimerizat pentru imbunatatirea conductivitatii. In cele mai multe cazuri, acelasi incarcator poate fi folosit.
O celula pe baza de Li cu o tensiune in gol de 3,8V releva o capacitate de 50%. Totusi, utilizarea acestei masuratori nu este universal valabila datorita fluctuatilor de parametri de la producator la producator precum si datorita temperaturii ambiante. Cu cat creste temperatura, cu atat scade tensiunea furnizata de celula.
Incarcarea bateriilor pe baza de Pb este oarecum similara cu cea a bateriilor pe baza de Li-ion si difera de cea a bateriilor pe baza de Ni prin faptul ca se utilizeaza limitarea de tensiune si nu de curent. Timpul de incarcare al unei baterii SLA este de 12-16 ore ajungand la 36 ore pentru bateriile de capacitate mare. Prin incarcarea la curenti mari in etape diferite, timpul de incarcare poate fi redus la 10 ore sau mai putin. Totusi, bateriile SLA nu pot fi incarcate la maxim intr-un timp apropiat de cel al bateriilor Ni sau Li.
Un acumulator SLA se incarca intr-un timp de 5 ori mai mare decat cel in care se descarca, sre deosebire de cele pe baza de Ni (1/1) sau Li (de doua ori timpul de descarcare).
Un incarcator in etape pentru SLA va incepe incarcarea la un curent constant pana cand celula atinge o tensiune prestabilita. Aceasta prima etapa dureaza cam 5 ore si incarca bateria la 70% din capacitate. A doua etapa prezinta o reducere treptata a curentului de incarcare pana la atingerea unei capacitati de 100%. Neparcurgerea acestei etape are, de cele mai multe ori, drept consecinta, reducerea dramatica a duratei de exploatare a bateriei precum si imposibilitatea de a o mai incarca la capacitatea nominala. Aceasta etapa dureaza cam 5 ore. Incarcarea maxima se atinge cand curentul de incarcare scade sub 3% din curentul nominal.
Se impune o corecta urmarire a tensiunii celulei, ce poate varia intre 2,30V si 2,45V. Alegerea tensiunii este critica: acest tip de baterie trebuie incarcata 100% pentru a evita sulfatarea electrodului negativ dar este dificil de decelat momentul in care incepe procesul chimic iar supraincarcarea duce la corodarea electrodului pozitiv si la generarea de gaze.
Tensiunea maxima variaza, de asemenea, cu temperatura. O temperatura ridicata necesita tensiuni coborate de incarcare. Incarcatoarele care functioneaza in game largi de temperaturi trebuie sa fie in mod obligatoriu dotate cu un sistem de masurare si integrare a temperaturii.
Etapa finala este incarcarea de mentenanta ce urmareste compensarea autodescarcarii.
Un alt aspect demn de sesizat este faptul ca o baterie SLA nu se recomanda a fi mentinuta in incarcare la tensiunea maxima pentru un timp indelungat. Perioada maxima este de aproximativ 48 de ore. Dupa atingerea starii de incarcare, pentru mentenanta (trickle charge) se recomanda o tensiune in jur de 2,25-2,27 V/celula la 25oC.
Bateriile auto se incarca pana la o tensiune de aproximativ 2,30V/celula intrucat peste 2,37V/celula, majoritatea bateriilor incep sa degaje gaze, pierzand solutia din electrolit si incepand sa se incalzeasca. Totusi, bateriile SLA pot fi incarcate pana la 2,5V/celula fara efecte adverse.
Bateriile SLA se vor pastra intre utilizari in stare de incarcare completa. La fiecare 6 luni se recomanda o incarcare de topping (etapa a doua) pentru a evita descarcarea sub 2,10V/celula. Stocarea sub aceasta tensiune duce la sulfatarea ireversibila a bateriei.
Se mai spune, tot un fapt contrazis de catre producatori, ca descarcarea periodica la o capacitate de 90% ar avea efect benefic.
Curentul de incarcare pentru bateriile SLA de capacitati mici trebuie ales intre C/10 si C/3 din capacitatea indicata si numai la temperatura ambianta. Dupa incarcarea completa (faza2) se recomanda scoaterea din incarcator. Daca este nevoie sa fie mentinuta in incarcator (la sursele tampon), se va cobora tensiunea la 2,25V/celula.
Incarcatorul destinat celuleor de tip NiMH poate incarca celule NiCd. Nu si invers! Incarcatorul de NiCd va supraincarca celulele NiMH, degradandu-le;
Bateriile de tip NiMH se incarca la curenti mari in incarcatoare rapide sau ultrarapide. In acest fel se previne dezvoltarea formatiunilor cristaline pe electrozi (fenomenul de memorie);
Bateriile pe baza de Ni si cele pe baza de Li sunt diferite din punct de vedere al chimiei interne si necesita metode de incarcare complet diferite. Incarcatoarele, de asemeni, sunt diferite si nu sunt interschimbabile;
Daca nu aveti de gand sa utilizati bateriile dupa incarcare, nu le lasati in incarcator, indiferent de "prescriptii". Mai bine scoteti-le si aplicati inainte de utilizare o incarcare de tip topping.
Un incarcator care sa protejeze investitia in acumulatori este un dispozitiv la randului lui complex si, pe cale de consecinta, scump. Nu aruncati banii pe fereastra cumparand acumulatori scumpi si incarcatoare ieftine!
Scurta dizertatie cu privire la incarcarea bateriilor utilizand incarcatoarele incorporate in echipament
Majoritatea echipamentelor actuale au incorporate circuite de incarcare a acumulatorilor. Personal prefer ca incarcarea sa aiba loc intr-un incarcator dedicat din doua motive:
Scopul unei baterii (fie baterie chioara fie acumulator) este acela de a stoca energia si de a o pune la dispozitia utilizatorului atunci cand acesta are nevoie.
Curentul de incarcare si descarcare al bateriei se evalueaza in functie de C.
Majoritatea bateriilor folosite in echipamentele portabile sunt considerate ca fiind 1C, adica, o baterie marcata la 1000mA va livra timp de o ora 1000mA.
Aceeasi baterie va livra 500mA pentru 2 ore. La 2C, aceeasi baterie va livra 2000mA pentru o jumatate de ora.
In practica insa, la 2C, bateria din exemplu va livra doar aproximativ 95% din capacitate iar la 0,5C, bateria va livra 105% energie. Diferenta intre masuratori este data de rezistenta interna.
Bateriile SLA nu pot opera la curent de descarcare de 1C. Pentru a indica in mod corect capacitatea bateriilor SLA producatorii precizeaza timpul de descarcare sau indica o capacitate de 0,05C.
Bateriile pe baza de Li au curentul de descarcare la maxim 2C ceea ce le face improprii anumitor domenii de utilizare. Unele baterii pe baza de Li au chiar circuite de limitare a curentului la 1,5C.
Bateriile pe baza de Ni au curenti mari de descarcare, ce depasesc 5C (NiCd) si pot tolera schimbari de polaritate (max 0,2V) pentru electrodul pozitiv in pack-uri cu mai multe celule inseriate. Totusi, aceasta schimabre de polaritate nu trebuie prelungita intrucat schimbarea de polaritate poate duce la scurtcircuit intern ireversibil.
Aceste baterii ating o tensiune minima de 0,9V/celula la descarcare mai mare de 1C si sunt mai putin afectate de cicluri profunde de descarcare.
Pe durata descarcarii, celulele pe baza de Ni isi mentin tensiunea constanta pana la aproximativ 15% din capacitate apoi urmeaza o scadere abrupta a tensiunii.
De asemeni, dintre toate tipurile de baterii descrise, bateriile pe baza de Ni sunt cel mai putin afectate de cicluri de descarcare profunde, putand suporta cateva mii de astfel de cicluri.
Din acest motiv, acest tip de baterii sunt cele mai indicate pentru echipamente ce necesita asigurarea unui consum mare de curent si cicluri rapide de incarcare/descarcare, cum ar fi uneltele electrice sau echipamentele de comunicatii.
Bateriile pe baza de Li se descarca pana la aproximativ 3,0V/celula iar unele baterii au circuite care deconecteaza permanent celula de la contactele externe, aceasta nemaiputand fi incarcata in incarcatoare uzuale.
Fabricantii indica pentru bateriile pe baza de Li ca descarcare normala o descarcare de pana la 20% din capacitate. Descarcarile repetate, de 100% duc la scurtarea numarului de cicluri disponibile pentru acea baterie. Din acest motiv este recomandat ca descarcarea acestor baterii sa nu fie profunda.
Tensiunea de descarcare pentru bateriile SLA este de 1,75V/celula. Descarcarea are loc la tensiune variabila lent apoi abrupt pe masura ce se apropie de 100%.
Durata de exploatare a acestui tip de baterie depinde foarte mult de profunzimea descarcarilor. Astfel, o baterie SLA poate avea un numar de peste 1000 de cicluri la o profunime de descarcare de 30% dar mai putin de 200 la o profunzime de 100%.
In ceea ce priveste "ciclul de descarcare" in sine, este greu de definit. Unele baterii care au circuite electronice de urmarire a descarcarii iau in calcul o descarcare de 70% din capacitate in timp ce, in anumite situatii, descarcarea atinge doar 10% din capacitate (cazul satelitilor).
Sper ca aceste informatii v-au fost de folos.
Pe viitor, despre:
BIBLIOGRAFIE
1. Berndt, D. Maintenance-Free Batteries. 1997.
Articol aparut la 9-6-2005 108649 Inapoi la inceputul articolului | |
|
Comentariul trebuie sa se refere la continutul articolului. Mesajele anonime, cele scrise sub falsa identitate, precum si cele care contin (fara a se limita la) atac la persoana, injurii, jigniri, expresii obscene vor fi sterse iar dupa caz se va ridica dreptul de a posta comentarii.
| |||||
Opiniile exprimate în articole pe acest site aparţin autorilor şi nu reflectă neapărat punctul de vedere al redacţiei.
|
Copyright © Radioamator.ro. Toate drepturile rezervate. All rights reserved
Articole | Concursuri | Mica Publicitate | Forum YO | Pagini YO | Call Book | Diverse | Regulamentul portalului | Contact |
