![]() |
![]() |
|
Despre baterii(II)
Despre circuitele dedicate contorizarii energiei de incarcare si descarcare precum si cele de gestiune a starii acumulatorilor, ceva mai incolo.
Am vazut mai inainte ca:
Inversarea polaritatii este dificil de depistat intr-o baterie, intrucat este un fenomen care se produce pentru perioade scurte de timp si nu este permanent. Faptul ca nu il putem evidentia nu inseamna ca nu se produce si nu afecteaza in mod negativ durata de exploatare a bateriei si capacitatea de a furniza energie a acesteia.
Probabilitatea ca inversare de polaritate sa survina intr-o baterie este direct proportionala cu durata cat aceasta a fost exploatata, cu toleranta elementelor inseriate fata de valoarea propusa si cu curentul instantaneu consumat.
Fenomenul de inversare a polaritatii va afecta intotdeauna celula cea mai slaba din cele inseriate in baterie. Desigur, pornim de la prezumtia ca cel care a fabricat bateria a incercat sa imperecheze cat mai bine celulele, cautand ca acestea sa provina din acelasi lot, minimizand astfel toleranta fata de valoarea aleasa.
La incarcarea unei baterii care contine o celula mai slaba (care se descarca inaintea celorlaltor celule), la semnalizarea starii de incarcare a bateriei, aceasta celula va fi incarcata mai putin decat celelalte.
La descarcarea cu un curent mai mare de 1C (tipic >1,5C-3C), aceasta celula devine sarcina, celelalte celule debitand curent prin ea si ducand la inversarea de polaritate si la supraincalzire.
Astfel, exploatarea bateriei in aceste conditii este compromisa iar o inlocuire a celulei defecte este aproape imposibila prin faptul ca sansele de a potrivi o celula noua cu altele uzate intr-o oarecare masura sunt extrem de mici.
Echilibrarea pack-ului urmareste revenirea in parametri cat mai apropiati a tuturor celulelor din baterie, prin descarcarea controlata pana la un anumit punct (practic o tensiune mult sub tensiunea minima permisa pentru exploatare) urmata de un ciclu de incarcare, de asemeni controlata.
Pentru obtinerea acestei uniformizari a parametrilor, in cazul bateriilor pe baza de celule tip NiCd, cele mai bune rezultate pare sa ofere urmatoarea procedura:
1. descarcare la un curent cuprins in intervalul 0,8-1C (in nici un ca mai mare) pana la 0,9V/celula;
Recomand ca primele 5 etape sa fie respectate intocmai. Etapele ulterioare pot fi experimentate si pot varia in functie de numarul de celule inseriate si de capacitatea celulelor.
Pentru bateriile pe baza de celule NiMh, etapele sunt diferite, astfel:
1. descarcare la un curent cuprins in intervalul 0,6-0,8C (in nici un ca mai mare) pana la 0,7V/celula
Trebuie sa subliniez ca aceasta procedura se poate realiza cu intreaga baterie ansamblata.
Limitarea curentului la pasul 2 are ca scop reducerea efectelor inversiunii de polaritate. Este posibil ca aceasta sa intervina dar, datorita curentului mic nu are nici un efect negativ asupra celulelor.
In cursul acestei proceduri este posibil ca unele celule sa cedeze definitiv, in special in cazul bateriilor mai vechi.
Totusi, inainte de a desface bateria si a arunca elementii, poate ar fi bine sa li se dea o sansa!
Un alt fenomen care afecteaza in mod negativ durata de exploatare si capacitatea de a furniza energie a bateriei, si anume, cristalizarea electrozilor.
Semnificatia acestui proces este aceea de precipitare a produselor reactiilor chimice dintre electrolit si electrozi, altele decat cele care fac parte din ciclul de incarcare-descarcare.
Acesti compusi se aglomereaza in zona de separatie dintre electrozi care, de cele mai multe ori este sub forma unei plase ce amorseaza electrolitul.
Principala consecinta a acestei precipitari este cresterea rezistentei interne.
Procedura decristalizarii se realizeaza pur si simplu prin aplicarea unor socuri de energie extrem de mare asupra celulei. De regula, tensiunea aplicata unei celule atinge si 1.000V la curenti de pana la 2C pentru perioade de ordinul microsecundelor.
Datorita riscului crescut de explozie nu este recomandata aplicarea acestui tratament in conditii empirice!
Socul electric determina pulverizarea puntilor cristaline create intre electrozi si recuperarea in mare masura a capacitatii celulei.
De regula generala, conform principiilor termodinamicii, cu cat scade temperatura, cu atat se incetinesc si reactiile chimice. Ar rezulta ca o stocare la o temperatura cat mai scazuta ar fi benefica celulei de acumulator. Totusi, stocarea la temperaturi foarte scazute are drept efect schimbarea starii de agregare a electrolitului cu consecinte directe legate de aparitia deformarilor mecanice in zona tampon dintre electrozi.
Se pare ca temperatura optima de stocare este in jurul valorii de 15 grade Celsius, temperatura la care se obtine un compromis intre autodescarcare si conservarea proprietatilor electrolitului.
Bateriile SLA (Bateriile pe baza de plumb si gel) trebuie stocate incarcate la intreaga capacitate (100%), respectiv la o tensiune in gol a celulei de 2,10V. (Am vazut in prima parte a materialului ca tensiunea maxima de incarcare a celulei pe baza de Pb este de 2,5V in cazul bateriilor pe baza de gel. Reamintim ca aceasta este tensiunea de incarcare pentru exploatarea imediata si ca tensiunea de mentinere este de 2,10V)
Aceste baterii suporta durate de stocare de pana la 2 ani sub conditia verificarii periodice, la cate 6 luni, a tensiunii in gol. In cazul in care aceasta scade sub tensiunea de 2,10V/celula, bateria trebuie supusa unei incarcari de tip trickle. Incarcarea are si un rol benefic pentru reducerea sulfatarii electrodului negativ.
Bateriile pe baza de Ni este bine sa le stocam incarcate la aproximativ 40% din capacitate.
Bateriile NiCd pot fi stocate fara o deteriorare considerabila pana la 5 ani, in timp ce bateriile NiMh au perioada de stocare de aroximativ 3 ani.
Reamintim ca determinarea starii de incarcare a acestor celule nu se poate determina prin masuratoare directa a tensiunii in gol la borne! Este necesar, asadar, sa supunem bateria, fie unei descarcari fie unei incarcari controlate in asa fel incat starea de incarcare sa fie cea dorita.
Bateriile pe baza de Li se stocheaza incarcate la aproximativ 50% din capacitate.
In cazul acestor baterii este usor de determinat starea de incarcare in functie de tensiunea masurata la borne, respectiv intre 3,75 si 3,8V/celula. Faptul ca exista o astfel de plaja a tensiunii se datoreaza variatilor de componenta chimica de la producator la producator.
Pentru toate tipurile de celule (cu exceptia SLA) se recomanda o acomodare la temperatura ambianta de aproximativ 90 de minute inainte de a trece la incarcare.
Dupa stocare dar inainte de utilizare, pentru recuperarea capacitatii maxime este necesar un ciclu de incarcare lenta - descarcare.
In cazul celulelor pe baa de Li, acest ciclu nu este necesar. De cele mai multe, insa, aceste baterii se descarca datorita circuitelor electronice din interior pana la o tensiune de aproximativ 2,9V/celula. Aceasta descarcare declanseaza un alt circuit de protectie care deconecteaza de la baterie inclusiv circuitul de urmarire a starii. Acest fapt poate crea aparenta de baterie deteriorata. Unele incarcatoare care au si functia de diagnoza si reconditionare aplica un soc precis de tensiune in urma caruia circuitele de protectie se reseteaza si permit incarcarea normala.
Ca regula generala, beteriile sunt construite pentru a functiona optim la temperatura camerei. Dar, care este aceasta temperatura? Pai, aceea la care dumnevoastra va simtiti confortabil. Putem spune asadar, ca celulele de acumulator sunt proiectate avand in minte consumatorul domestic.
Totusi, noi, ca radioamatori impingem de multe ori la limita aceste baterii prin exploatarea la temperaturi scazute a echipamentelor portabile.
Iarna, de exemplu, temperatura bateriei rareori urca peste 15 grade iar vara, in timpul utilizarii echipamentului portabil temperatura bateriei atinge si 50 grade!\
Celulele pe baza de Li si Pb se "simt" bine la temperaturi peste 30 grade, in timp ce celulele pe baza de Ni pierd din capacitate cam cu 1% pentru fiecare grad Celsius peste 20.
Temperatura ridicata in exploatare (exploatarea incluzand cicluri de descarcare-incarcare) afecteaza intr-o mai mare masura celulele NiMh decat celulele NiCd).
Pentru ca scaderea capacitatii sa nu devina ireversibila se recomanda ca incarcarea sa aiba loc la o temperatura cat mai apropiata de 22 grade.
Efecte similare se observa si in cazul temperaturilor scazute, unde bateriile pe baza de Li sunt cele mai sensibile iar bateriile pe baza de Pb si NiCd cele mai rezistente.
De altfel, celulele NiCd sunt singurele dintre tipurile descrise in material care accepta incarcari la temperaturi sub 0 grade! Incarcarea insa va avea loc la maxim o zecime din C (trickle).
Modul in care un consumator actioneaza asupra celulei poate fi variat si determina durata de exploatare in consum Unele dispozitive consuma curent in mod liniar (lanterne, aparate de radio, ceasuri etc) iar altele consuma intermitent. Consumul intermitent este caracterizat prin alternanta perioadelor de consum cu perioadele de lipsa. De asemeni, consumul intermitent poate semnifica variatia curentului consumat.
Tipologia reactiilor chimice din interiorul celulei de acumulator determina si comportamentul bateriei in consum.
Celulele pe baza de NiCd si Li reprezinta varful de lance al celulelor cu timp de raspuns foarte mic, potrivite aplicatiilor de consum intermitent.
Compunerea complexa a bateriilor pe baza de Li nu permite consumul constant al unor curenti mari pentru perioade lungi de timp insa aceleasi circuite sunt proiectate astfel incat sa permita varfuri de consum de pana la 2C.
In cazul celor mai multe celule pe baza de Li, rezistenta interna in curent continuu se situeaza in jurul valorii de 100mOhm pentru ca, la aproximativ 1 Khz sa scada in jurul valorii de 30mOhm. Pe masura ce creste frecventa, impedanta celulei scade, avand ca efect o crestere a curentului furnizat.
Bateriile pe baza de Pb se comporta cel mai bine la consum continuu situat in plaja de valori de 0-0,4C. La un curent continuu de descarcare de 1C, acest tip de celule dau cel mai slab randament.
Cu totul alta este situatia insa la descarcarea in impulsuri. Bateriile pe baza de Pb se comporta surprinzator de bine, in special datorita faptului ca electrolitul se re-echilibreaza in pauzele dintre perioadele de consum.
Spre deosebire de celulele NiCd si Pb, celulele NiMH dau un randament mic la descarcarea in impulsuri, fiind insa potrivite pentru descarcarea in curent continuu.
Unul dintre motivele pentru care diferitele tipuri de celule se comporta astfel este felul in care descarcarea celulelor duce la modificari de temperatura.
Astfel, reactiile chimice din celulele NiCd si Pb sunt exoterme la descarcare iar cele din celulele NiMh sunt endoterme. Aceasta insemna ca temperatura interna a celulelor din prima categorie creste la descarcare iar a celor din a doua categorie scade la descarcare. Celulele pe baza de Li prezinta reactii chimice fara transformare in caldura.
Un fenomen interesant se petrece la incarcare: Celulele NiCd se racesc in timpul incarcarii, pana la capacitatea de 100% in timp ce celulele NiMH se incalzesc!
Desigur, acest fenomen survine la incarcarea corecta, pana la atingerea capacitatii maxime. Dupa acest prag, ambele tipuri de celule incep sa transforme energia primita in caldura.
In functie de cele de mai sus, puteti trage singuri unele concluzii legate de felul in care trebuie alese bateriile pentru diferite tipuri de aplicatii.
In telefonia mobila, de exemplu, cele mai potrivite sunt celulele Li in timp ce, in echipamentele de radiocomunicatii portabile profesionale, locul intai este detinut, inca, de celulele NiCd. La fel si la uneltele actionate electric. Numai spaima de poluarea mediului a facut sa se impuna bateriile pe baza de NiMH, ca un compromis intre capacitate si pret.
Aceste pack-uri reprezinta adesea un compromis intre dimensiune, cantitatea de energie ce trebuie furnizata, tensiunea ce trebuie furnizata echipamentului, si, de ce nu, suma de bani ce trebuie sa o scoatem din buzunar pentru a "misca" lucrurile…
Acest compromis are drept principala consecinta necesitatea unui tratament adecvat pentru a asigura o durata de exploatare cat mai mare a investitiei.
Poate ati observat si dumneavoastra ca, de regula, o celula folosita individual are mai multe sanse sa functioneze corect dupa, sa zicem, 3 ani de exploatare decat un pack ansamblat prin inseriere.
Una din explicatiile acestui fenomen este legata de felul in care descarcam bateria, fie ea simpla, fie compusa. Alt factor este legat de consumul constant sau in impulsuri.Despre acesta din urma, ceva mai incolo.
Sa analizam cazul celulelor pe baza de Ni, considerand tensiunea nominala 1,3V/celula si tensiunea de prag la descarcare maxima de 0,82V/celula
3 celule
10 celule
Un echipament ce functioneaza cu una, doua sau trei celule inseriate tinde sa se opreasca din functionare la un prag relativ mai ridicat decat echipamentele ce utilizeaza pack-uri inseriate din 5-10 celule.
Majoritatea echipamentelor de radiocomunicatie portabile (RxTx) sunt proiectate sa functioneze in plaja de tensiune 4,5-14V.
Este o observatie de bun simt, fara a necesita o abordare de specialitate, ca echipamentul proiectat sa functioneze cu 3 celule inseriate va supune bateriile unui stres mai mic la descarcare profunda decat echipamentul proiectat sa functioneze cu tensiuni mai mari.
Pack-ul din mai multe celule va avea mai multe sanse sa fie descarcat pana in acel punct cand una din celule, sau mai multe, isi inverseaza polaritatea si sufera deteriorari ireversibile. Este suficient sa descarcam pack-ul din 10 celule la, sa zicem 6V. Echipamentul va continua sa functioneze dar, deja tensiunea per celula a scazut la 0,6V.
In general este ignorat acest aspect prezent la statiile portabile destinate uzului radioamatoricesc, anume ca isi "devoreaza" pack-urile foarte repede si, aparent inexplicabil. In general dam vina pe producatorul de acumulatori fara sa incercam sa analizam ce se intampla in interiorul acestora.
Echipamentele portabile de radiocomunicatii sunt, prin opozitie, foarte "atente" cu bateriile. Astfel, statiile fabricate de Motorola inceteaza sa mai functioneze cand tensiunea pack-ului scade sub 6,8V (alarmeaza utilizatorul la 7V). In acest fel, bateria (6 elementi NiCd sau NiMh-7,8V) nu este niciodata descarcata dincolo de limita permisa de reactiile chimice. Tot din observatiile practice, o baterie de statie profesionala are o durata de exploatare aproape dubla fata de o baterie de statie dedicata uzului radioamatoricesc, la aceeasi tensiune nominala si aceeasi capacitate. Doar statiile difera…
Iata cateva reguli generale grupate intr-un tabel pentru o referinta rapida:
Nu lasati bateriile la incarcat mai mult de 2 zile datorita aparitiei efectului de memorie.
Evitati incalzirea bateriilor la incarcare.
Metode de incarcare:
Nu lasati bateriile la incarcat mai mult de 2 zile datorita aparitiei efectului de memorie.
Evitati incalzirea bateriilor la incarcare.
Metode de incarcare:
Metoda de incarcare:
Curent constant pana la 4,20V/celula apoi tensiune constanta, fara incarcare trickle.
Nu este posibila incarcarea ultrarapida.
Metoda de incarcare:
Si cateva raspunsuri la unele intrebari:
Cu acestea am cam epuizat notiunile generale necesare pentru alegerea si exploatarea corecta a bateriilor reincarcabile.
Nu am avut pretentia sa epuizez acest domeniu intrucat nu am pregatire de specialitate ci doar am incercat sa pun la un loc o serie de observatii si informatii provenite din multe locuri.
Cateva motive au stat la baza "intreprinderii":
Cum bine a observat un coleg radioamator, aceste informatii pot avea un rol important in economisirea unor sume destul de consistente ce se pot transforma din acumulatori in alte si alte echipamente.
Personal, utilizaez acumulatori in locul bateriilor consumabile de aproximativ 10 ani.
Prefer ca, odata la 3 ani sa improspatez parcul de acumulatori decat sa cheltui permanent bani pe baterii de mai buna sau mai proasta calitate. Pretul unei ateri de buna calitate, sa zicem R6 este undeva in jur de 40.000 lei. Un acumulator se invarte in jurul valorii de 130.000 lei. Un calcul rapid ne spune ca, la fiecare 4 incarcari ale acumulatorului, am amortizat cheltuiala.
In nici un ca, insa, nu va zgarciti la achizitionarea unui incarcator "destept". Aici si firma are importanta ei. Unii producatori pretind ca va dau un asemenea incarcator la aproimativ 400.000 lei. In cel mai bun caz, acest incarcator are un timer si un detector de temperatura. El va incarca corect doar celule de anumite capacitati la anumite temperaturi ambiante. Din experienta mea, un incarcator bun se "invarte" undeva in jurul valorii de 1,5 milioane. Nu va speriati, un sistem de diagnoza si de incarcare asistata de calculator (nu cu microcontroler!!!) costa undeva in jur de 700USD (la noi…la ei, ceva mai putin!).
Totusi, daca sunteti impatimiti ai lucrului din portabil, este o investitie buna.
In cazul in care treceti la fapte si construiti "in casa" un asemenea incarcator, cheltuiala este undeva intre 50 si 200 EUR.
Las pentru a treia si ultima parte descrierea unor tipologii de circuite utilizate in gestiunea incarcarii si descarcarii si determinarea energiei acumulate.
***
Despre autor:
Cateva din sursele materialului:
Nu am intentionat sa fac publicitate la nici un producator de acumulatori.
Acolo unde nu am reusit sa gasesc clarificari din surse atestate am preferat sa ma abtin de la descrieri.
Tipurile de celule descrise nu reprezinta decat o parte, cea mai intalnita in practica, din totalul tipologiilor de celule de acumulatori. Nu aplicati cele descrise decat atunci cand sunteti siguri ca aveti in fata un acumulator a carei chimie este clar descrisa!
Recent au aparut celule pe baza de Li care nu permit reincarcarea. Orice incercare de reincarcare poate duce la fenomene chimice violente si incontrolabile.
In masura in care voi gasi timpul necesar, voi incerca sa revad materialul si sa ii dau o forma ceva mai sintetica.
Pana atunci, sper ca v-au folosit cele scrise deja.
Articol aparut la 14-6-2005 34609 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.
|
Copyright © Radioamator.ro. Toate drepturile rezervate. All rights reserved
Articole | Concursuri | Mica Publicitate | Forum YO | Pagini YO | Call Book | Diverse | Regulamentul portalului | Contact |