Modelism - RHC Forum: Aproape totul despre acumulatori - Modelism - RHC Forum

Salt la continut

Pagina 1 din 1

Aproape totul despre acumulatori Un material in doua parti.

#1 Useril este offline   Malko 

  • Incepator
  • PipPip
  • Grup: Members
  • Postari: 25
  • Inregistrat: 24-October 05

Postat 24 October 2005 - 08:37 PM

Am observat o serie de post-uri referitoare la acumulatori. M-am gandit sa postez si aici cele doua articole scrise pentru un site de radioamatori.

Adresa unde gasiti articolul corect formatat, cu tabel cu tot este:

Partea I : http://www.radioamat...view.php?id=173
Partea II: http://www.radioamat...view.php?id=178

Lectura placuta!

Malko

PS:
Eu mi-am facut o mica statie de formatare, regenerare si incarcare a acumulatorilor. E drept, este destinata incarcarii acumulatorilor de la statiile radio dar o folosesc si la bateriile de la laptop-uri sau de la surubelnitele electrice, la sla, NiCd, NiMh, LiIon etc. E simplu de construit si da satisfactii, desi nu se preteaza incarcarii ultrarapide, asa cum va trebuie la modele RC. Doritorilor, le stau la dispozitie cu schema.

Despre baterii
(I)

Adrian Florescu YO3HJV

GLOSAR
C=capacitatea nominala a bateriei/acumulatorului
Trickle charge=incarcare la curent mai mic de C/10
Incarcare lenta=incarcare la C/10
Topping=incarcare la capacitatea maxima acceptata de celula (de regula, ea este cea indicata de producator)
Autodescarcare=fenomen care apare la bateriile pe baza de Ni si care consta in pierderea capacitatii prin stocare.
Densitate de energie=raportul dintre energia furnizata de o celula si greutatea ei.
Curent nominal/capacitate nominala=parametri indicati de producator
Descarcare profunda=descarcare completa pana la tensiunea minima specifica tipului de baterie.
TIPURI DE ACUMULATORI
CARACTERISTICI SI FENOMENE CHIMICE
Nota: Reactia chimica de la anod si de la catod este urmata de tensiunea electrochimica.
NiCd

Anod: Cadmiu
Cd + 2OH- �> Cd(OH)2 + 2e- 0,81V

Catod: Oxi-Hidroxid de nichel Ni(OH)2
NiO2 + 2H2O + 2e- �> Ni(OH)2 + 2OH- 0,49V
Electrolit: Solutie de hidroxid de potasiuAqueous potassium hydroxide (KOH)
Tensiunea electrochimica per element: 1,3V
Avantaje: comportare buna la autodescarcare si functionare la temperaturi scazute, durata de exploatare mare.
Dezavantaje: cost ridicat fata de SLA, densitate de putere mai redusa, efect de memorie.


Efectul de memorie semnifica schimbarea parametrilor celulei la parametrii ultimului ciclu, din punct de vedere al capacitatii. Acest efect se traduce printr-o reducere temporara a capacitatii celulei atunci cand celula este incarcata fara a fi fost descarcata complet in prealabil. Cauza consta in fenomenele chimice care duc la acumularea de hidroid de cadmiu pe anod, facandu-l inert chimic.
Remediul in cazul in care are loc acest fenomen este de a trece celula in doua sau trei cicluri de incarcare/descarcare completa la curent mare. "Formatarea" are insa drept consecinte o reducere a duratei de exploatare a celulei.
Fenomenul a fost pentru prima oara observat la acumulatorii satelitilor, supusi unor cicluri superficiale de incarcare/descarcare.
Nota: descarcarea completa semnifica o descarcare pana la aproximativ 1V\celula. (0,85V) . Referitor la potentialul de afectare a mediului datorita prezentei elementului Cd, aceste celule sunt considerate periculoase. Totusi, cantitatea de Cd este infima, anodul fiind dintr-un alt metal, acoperit doar.
NiMH
Anod: Diferite aliaje metalice de nichel
MH + OH- �> M + H2O + e- 0,83V

Catod: Oxi-Hidroxid de Nichel Ni(OH)2
NiOOH + H2O + e- �> Ni(OH)2 + OH- 0,52V
Electrolit: Hidroxid de potasiu
Tensiunea electrochimica per element: 1,35

Cu exceptia anodului, acest tip de celula este apropiat de celula NiCd.
Evolutia de la anod de Cd la anod din metale rare in aliaj cu Ni este datorata capacitatii de absorbtie marita a acestor aliaje a hidrogenului din electrolit, ceea ce se traduce intr-o densitate de putere mai mare, cel putin teoretic, cu pana la 50%. Practic, aceasta crestere este de aproximativ 25%.
In bateriile moderne, anodul cuprinde, in general, si urmatoarele elemente: V, Ti, Zr, Ni, Cr, Co, si Fe.
Interesant este ca, deoarece reactiile chimice nu sunt in intregime stapanite din punct de vedere teoretic in industria constructoare de celule NiMh, proportiile de aliere sunt stabilite prin metode empirice!
Desi celulele NiMH costa mai mult decat cele NiCd iar numarul de cicluri utile este mai redus, ele sunt utilizate, in principal, datorita capacitatii mai mari.
Referitor la efectul de memorie prezentat mai inainte, desi se crede ca celulele NiMH nu il dezvolta, el a fost observat in practica. Remediul este de a efectua o descarcare completa (pana la 0,84V) la aproximativ 30 de cicluri normale.
Li-ion
Anod: Grafit
Catod: Oxid de Li
Electrolit: LiPF6 sau LiBF4

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.
Electrolitul are si el marele dezavantaj de a coroda aluminiul.
Din aceste motive, structurile bateriilor pe baza de Li sunt diverse si dificil de expus pe larg. Totodata, dezvoltarea acestui tip de baterii este continuata in prezent, un standard general valabil nefiind, inca, tradus in practica.
Principalul avantaj al acestor baterii este densitatea mare de energie, ajungand pana la 250 Wh/kg
SLA
Sunt baterii pe baza de plumb si solutie diluata de acid sulfuric. Datorita pretului scazut reprezinta mai mult de jumatate din totalul acumulatorilor vanduti in lume.
Anodul: Plumb poros, in forma metalica
Pb + SO42- �> PbSO4 + 2e- 0,356V
Catodul: Dioxid de plumb (PbO2)
PbO2 + SO42- + 4H+ + 2e- �> PbSO4 + 2H2O 1,685V
Electrolit: Acid sulfuric diluat
Tensiunea electrochimica per element: 2.05 V

Datorita constructiei apar 2 probleme:
# Daca tensiunea celulei depaseste 2.39V, apa se va separa in hidrogen si oxigen care se vor acumula in interiorul celulei. In caul in care concentratia creste, pot aparea explozii puternice
# Emanatiile electrolitului au efect toxic si coroziv asupra mediului.

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.
Aceste celule moderne au elemente de cataliza in interior, care ajuta la recombinarea oxigenului si a hidrogenului separat la incarcare, minimizand pierderile de apa din celula.
Bateriile pe baza de plumb au un numar redus de cicluri de incarcare/descarcare si o densitate de energie redusa, in jur de 30-40W/kg.
Totusi au avantajul de a fi ieftine.
INCARCAREA ACUMULATORILOR
Incarcarea bateriilor pe baza de nichel
3 faze: initiala>>>topping>>>trickle

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:
# Incarcatoare lente- Bateria este incarcata cu un curent de C/10 tot timpul cat aceasta este conectat la incarcator. Acest tip de incarcator se gaseste incorporat in diferitele echipamente care folosesc acumulatori.
# Incarcatoare rapide- Bateria este incarcata in aproximativ 3-6 ore. Dupa aceasta perioada, incarcatorul intra in mod trickle nelimitat.
# Incarcatoare ultra-rapide-Acest tip de incarcatoare sunt proiectate pentru bateriile pe baza de nichel si incarca complet bateria in aproximativ o ora. Incarcarea rapida are marele avantaj de a reduce cristalizarea elementelor chimice (efectul de memorie) si actioneaza in trei faze: incarcarea ultrarapida, topping (faza in care se atinge capacitatea nominala maxima) si trickle, care preintimpina autodescarcarea.

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.
Incarcarea bateriilor NiCd
Bateriile NiCd se incarca la aproximativ 90% din capacitate daca sunt incarcate rapd cu 1C. La C/10, eficienta la incarcare scade la aproximativ 70%, incarcarea durand aproximativ 14 ore sau chiar mai mult.

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
Incarcarea NiMH
Incarcarea acestor celule necesita incarcatoare mult mai complexe decat cele necesare la celulele NiCd, in special datorita faptului ca variatia negativa de tensiune este mult mai mica. Mai mult, la incarcari cu valori mai mici de C/5 sau in cazul unor temperaturi ridicate, aceasta variatie nu apare. De asemeni, dezechilibrarea pack-urilor de celule NiMH inseriate reduc aceasta variatie.

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.
Incarcarea bateriilor pe baza de Li
Doua faze: initiala>>>topping

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.
Determinarea incarcarii pe baza masurarii tensiunii celulei
Masurarea tensiunii pe celula neconectata poate fi utilizata pentru determinarea starii de incarcare a bateriei pe baza de Li (la fel ca si la bateriile alcaline sau pe baza de plumb). Din nefericire, metoda nu poate fi aplicata la bateriile pe baza de Ni.

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 SLA
3 faze: initiala>>>topping>>>trickle

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.

Cateva cuvinte despre incarcarea in impulsuri a SLA
Unii experti considera ca acest tip de incarcare ar fi utila pentru reducerea coroziunii celulei dar producatorii sunt reticenti si nu recomanda aplicarea metodei. De asemeni, reducerea dezechilibrului in bateriile cu celule inseriate prin incarcarea la o tensiune ce depaseste tensiunea corecta este condamnata de catre producatori desi exista "specialisti" care afirma ca are ca efect reducerea sulfatarii.

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.
Determinarea capacitatii
Starea unei baterii pe baza de Pb poate fi, cu unele limitari, determinata prin masurarea tensiunii in gol. Astfel, o baterie (generic 12V) care prezinta o tensiune de 12,65V este 100% incarcata. La 12,45-75%, 12,24-50%, 12,06-25%, sub 11,89V este descarcata.
Cateva sfaturi generale
Evitati incalzirea bateriilor in timpul incarcarii. De regula generala, orice fenomen chimic care genereaza caldura in baterie are drept efect pierderea de substanta in electrolit prin evaporare si transformare in gaz. Energia electrica "pompata" in celula duce la generarea de energie termica in loc sa genereze reactiile chimice proiectate. Daca un incarcator de acumulatori are ca efect incalzirea bateriilor, inseamna ca undeva este o problema! Desigur, undeva trebuie sa existe un compromis iar acesta sa fie asumat de utilizator...

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:
# circuitele de detectie sunt mult mai elaborate;
# influenta temperaturii asupra celulei care se incarca este mult mai redusa prin externalizarea sursei de energie termica (transformatorul incarcatorului este, de regula, extern)
DESPRE DESCARCAREA ACUMULATORILOR
Mai sus am discutat despre tipurile de baterii si modul in care se realizeaza incarcarea lor. Este timpul sa spunem cateva cuvinte si despre exploatarea lor, care are semnificatia unei descarcari.

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.

BIBLIOGRAFIE

1. Berndt, D. Maintenance-Free Batteries. 1997.
2. Crompton, T. R. Battery Reference Book. 1990.
3. Linden, D. (Ed), Handbook of Batteries. 1995.
4. Linford, R. G. (Ed), Electrochemical Science and Technology of Polymers. 1990.
5. Ovshinsky, S. R., Fetcenko, M. A., and Ross, J. A. "A Nickel Metal Hydride Battery for Electric Vehicles", Science 260: 1993, 176-81.
6. Rechargeable Batteries Applications Handbook. Stoneham: 1992.
7. Wells, A. F. Structural Inorganic Chemistry. Oxford: Clarendon Press, 1975.
8. Manuale de fizica clasele X-XII-Min Educatiei-1986
9. Chimie - clasele IX-XI-Min. Educatiei-1988
10. WEB/Internet


(II)

Adrian Florescu YO3HJV

Am expus in materialul precedent cateva aspecte legate de alcatuirea, incarcarea si exploatarea-la modul general, a bateriilor (sau acumulatori, cum doriti sa le spuneti) In continuare va fi prezentat felul in care se comporta pack-urile de baterii, in special cele inseriate, felul in care raspund in exploatare acestea, in functie de tipologia de consum si de temperatura ambianta. Voi mai incerca sa fac un pic de lumina in ceea ce priveste stocarea.

Despre circuitele dedicate contorizarii energiei de incarcare si descarcare precum si cele de gestiune a starii acumulatorilor, ceva mai incolo.
ECHILIBRAREA PACK-URILOR. DECRISTALIZAREA CELULEOR
In cele ce urmeaza, pentru o exprimare mai usoara vom defini drept baterie un numar de celule inseriate.

Am vazut mai inainte ca:
# descarcarea celulelor pe baza de Ni nu este bine sa continue sub 0,81 V/celula-NiCd sau 0,83V/celula-NiMh
# la descarcarea in curenti mari (de regula peste 2C) este foarte probabil sa apara fenomenul de inversare a polaritati in pack-uri cu celule inseriate. Cu cat numarul de celule creste, cu atat creste si riscul de inversare a polaritatii in celulele ce il compun.

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;
2. descarcare la un curent de 0,2-0,3C pana la 0,2V/celula;
3. incarcare la un curent de 0,1C pentru 2 ore;
4. incarcare la un curent de 0,5C pentru 1 ora;
5. incarcare la un curent de 0,1C pentru 8 ore;
6. descarcare la 0,8-1C pana la 1,1V;
7. incarcare la 0,1C pentru 14-16 ore (trickle charge).

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
2. descarcare la un curent de 0,2-0,3C pana la 0,4V/celula.
3. incarcare la un curent de 0,3C pentru 3 ore;
4. incarcare la un curent de 0,2C pentru 8 ore;
5. descarcare la 0,8-1C pana la 0,8V;
6. incarcare la 1C pentru 1 ora
7. incarcare la 0,2C pentru o ora (topping)

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.
STOCAREA BATERIILOR
Stocarea bateriilor, cred eu, este unul din factorii cei mai neglijati in cursul exploatarii lor de catre amatori. Aceasta neglijenta se datoreaza, in buna masura, si lipsei de informatii venite din zona producatorilor care, nu-i asa, au tot interesul sa vanda�! O stocare necorespunzatoare poate anula toate eforturile depuse de utilizator cu o incarcare si o exloatare corecta si poate duce la reducerea duratei de exploatare a bateriei.

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.

Descarcarea la temperaturi extreme
In cele ce urmeaza, referinta de temperatura este gradul Celsius.

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).
COMPORTAMENTUL LA DESCARCAREA CONTINUA SI IN IMPULSURI
Celulele de acumulator sunt dispozitive electrochimice caracterizate prin reversabilitatea proceselor.

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.
Descarcarea in impulsuri
Pentru determinarea vitezei de raspuns au fost efectuate numeroase studii. Rezultatele obtinute au aratat ca celulele pe baza de Pb sunt si cele mai lenese din punct de vedere al reactiilor chimice.

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.
Oarece comentarii din experienta
Cu exceptia celulelor ce emuleaza tipodimensiunea bateriilor standard (R3, R6, R14, R20), cel mai des sunt intalnite in practica noastra de utilizator de echipamente radio bateriile compuse din mai multe celule, de regula inseriate.

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
Incarcate> 3x1,3 > 3,9V
Descarcate> 3x0,82 > 2,46

10 celule
Incarcate> 10x1,3 > 13V
Descarcat> 10x0,82 > 8,2V

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:

- NiCd NiMH Li-ion Pb (SLA sau electrolit lichid)
Utilizare Transceivere portabile, unelte portabile, echipamente medicale Aceleasi aplicatii ca la NiCd-capacitate sporita Telefoane mobile, calculatoare portabile, camere foto si video. Motociclete, autovehicule, surse neinteruptibile.
Incarcare Descarcati complet bateriile cel putin odata pe luna, utilizati intreaga energie furnizata de baterie.

Nu lasati bateriile la incarcat mai mult de 2 zile datorita aparitiei efectului de memorie.

Evitati incalzirea bateriilor la incarcare.

Metode de incarcare:
Curent constant apoi trickle.
Incarcare lenta:16 ore
Incarcare rapida:3 ore
Incarcare ultrarapida:1 ora+
Descarcati complet bateriaodata la 3 luni. Nu descarcati total bateria prea des.

Nu lasati bateriile la incarcat mai mult de 2 zile datorita aparitiei efectului de memorie.

Evitati incalzirea bateriilor la incarcare.

Metode de incarcare:
Curent constant apoi trickle.
Nu se recomanda incarcarea lenta.
Incarcare rapida:3 ore
Incarcare ultrarapida:1 ora+
Incarcati bateria cat mai des. Incarcarile dese prelungesc durata de exploatare. Nu utilizati bateria daca prezinta temperatura mare. Asigurati-va de functionarea corecta a incarcatorului.

Metoda de incarcare:

Curent constant pana la 4,20V/celula apoi tensiune constanta, fara incarcare trickle.

Nu este posibila incarcarea ultrarapida.
Timp de incarcare: 3 ore. Bateria trebuie sa ramana rece pe intreaga durata de incarcare.
Incarcati bateria imediat dupa utilizare. Bateriile de acest tip trebuie pastrate intotdeauna incarcate. Durata de exploatare se prelungeste daca descarcarile nu sunt profunde. Nu se recomanda cicluri dese de incarcare-descarcare profunde.

Metoda de incarcare:
Tensiune constanta pana la 2,40V/celula urmata de o scadere a tensiunii pana la 2,25V/celula
Nu este posibila incarcarea rapida sau ultrarapida.
Timp de incarcare: 10-14 ore
Bateria trebuie sa ramana la temperatura ambianta pe durata incarcarii.
Descarcare Ciclurile de descarcare profunda NU afecteaza celulele NiCd, acestea fiind unele din cele mai rezistente celule. Evitati ciclurile profunde. Incercati sa utilizati doar 80% din capacitatea celulelor. Densitatea sporita de energie fata de NiCd are drept consecinta scurtarea numarului de cicluri in conditii de descarcare profunda. Evitati consumul in impulsuri. Evitati ciclurile profunde. Incercati sa utilizati doar 80% din capacitatea celulelor. Reincarcati bateriile cat mai des. Evitati descarcarea profunda intrucat poate declansa protectia bateriei si imposibilitatea de incarcare. Evitati ciclurile profunde. Incercati sa utilizati doar 80% din capacitatea celulelor . Reincarcati des sau utilizati bateri de capacitate mai mare. Densitatea scazuta a bateriilor pe baza de Pb le face improprii majoritatii aplicatiilor ce necesita portabilitate.
Intretinere pe durata stocarii Descarcati pana la 1V/celula la fiecare 1-2 luni pentru a preveni aparitia fenomenului de memorie. Descarcati pana la 1V/celula la fiecare 3 luni pentru a preveni aparitia fenomenului de memorie.Nu descarcati complet inainte de fiecare incarcare. Nu necesita Intretinere. Pierderea capacitatii survine in timp datorita imbatranirii, indiferent daca este utiliata sau nu. Reincarcati la 2,5V/celula la fiecare 6 luni. Un ciclu de descarcare-incarcare intretine capacitatea deplina a bateriei.
Stocare Se pastreaza incarcata la aproximativ 40% din capacitate in loc racoros. Pot fi stocate astfel pana la 5 ani. Dupa mai mult de 6 luni de stocare este necesarUn ciclu complet de incarcare-descarcare-incarcare. Se pastreaza incarcata la aproximativ 40% din capacitate in loc racoros. Pot fi stocate astfel pana la 5 ani. Dupa mai mult de 6 luni de stocare este necesarUn ciclu complet de incarcare-descarcare-incarcare. Se pastreaza incarcata la aproximativ 40% din capacitate in loc racoros. 40% semnifica o tensiune la borne intre 3,75-3,80V/celula. Nu stocati bateria incarcata complet sau la temperaturi mari intrucat acest lucru accelereaza procesul de imbatranire. Preferabil sa cumparati o baterie noua cand cea veche nu mai poate fi utilizata. Evitati bateriile din stocuri, verificati data fabricatiei! Intotdeauna se stocheaza incarcata complet la 2,10V/celula
Reciclare Contine compusi toxici, se recicleaza Bateriile cu o singura celula pot fi aruncate. Preferabil sa se recicleze. Bateriile cu o singura celula pot fi aruncate. Preferabil sa se recicleze. Nu se arunca, obligatoriu se recicleaza.

Si cateva raspunsuri la unele intrebari:

Celule pe baza de Ni Lithium-ion (Li-ion) Lead-acid (Sealed or flooded)
Bateria ar trebui incarcata complet sau poate fi incarcata si partial? Incarcati complet fara intreruperi. Repetarea incarcarilor poate duce la cresterea temperaturii prin supraincarcare. Nu are importanta. Incarcarea pe etape este posibila. Incarcarea completa a bateriei se face in siguranta si nu afecteaza in mod negativ bateria. Detectarea incarcarii complete se face prin detectarea pragului de tensiune. Nu are importanta. Incarcarea pe etape este posibila. Incarcarea completa a bateriei se face in siguranta si nu afecteaza in mod negativ bateria. Detectarea incarcarii complete se face prin detectarea pragului de tensiune.
Care sunt temperaturile optime pentru incarcare? Important: Acumulatorii pot fi folositi intr-o gama extrem de larga de temperaturi. Sigur ca nu vor da acelasi randament dar nici durata de serviciu nu este afectata. Reincarcarea, insa, nu se poate face in orice inteerval de temperatura. Iata mai jos gamele de temperatura recomandate:
NiCd/NiMH Li-ion Pb
Incarcare lenta (0.1C) 0°C - 45°C 0°C - 45°C 0°C - 45°C
Incarcare rapida (0.5-1C) 5°C - 45°C
Incarcarea rapida a bateriei la temperatura inalta poate duce la subincarcare. 0°C - 45°C
Incarcatorul necesita compensare cu temperatura. 10C° - 40°C
Tensiunea bateriei scade odata cu cresterea temperaturii. Incarcatoarele trebuie sa tina cont de temperatura ambianta pentru a nu supraincarca bateriile.
Ce ar trebui stiut despre incarcatoare Cele mai bune rezultate, in special din punct de vedere al prelungirii duratei de exploatare se obtin cu incarcatoare care determina incarcarea pe baza mai multor metode: dT, -dV.
Cel mai scurt timp de incarcare: putin peste o ora.
Anumite celule NiCd pot fi incarcate in aproximativ 15 minute! Incarcatorul trebuie sa incarce complet. Evitati incarcatoarele care sunt prezentate ca incarcand complet intr-o ora! Incarcarea completa dureaza intre 2 si 4 ore! Incarcarea in paliere scurteaza oarecum timpul de incarcare. Incarcarea trebuie sa fie completa, in caz contrar apare o scadere treptata a capacitatii.
Timpul de incarcare rapida nu este mai mic de 8 ore!

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":
# diletantismul multor "sfatuitori";
# lipsa cunostintelor temeinice observate chiar la unii reprezentanti ai roducatorilor de acumulatori (in special in zona "service")
# dorinta de a economisi ceva banuti si de a avea intodeauna o portabila pe care sa ma bazez.

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.

***



Bibliografie"


Digibattery.co.uk (2002-2003)
Lund Instrument Engineering
http://www.cliffshad...w/batteries.htm
http://www.trojanbattery.com
Doug Hembruff Original article April 17/2003, last updated March 11/2005
Rechargeable Batteries, Which One Is Best for Cordless Phones? by Jim Hanks
Robot Pages of Jaap Havinga
Cycle-Life Studies of Advanced Technology Development Program Gen 1 Lithium Ion Batteries - Randy B. Wright Chester G. Motloch
Circuit Cellar, the Magazine for Computer Applications.
Vincent Wilhelmus Johannes VERHOEVEN-A fundamental study on materials for Li-ion batteries
RECHARGEABLE BATTERY/SYSTEMS FOR COMMUNICATIION/ELECTRONIC APPLIICATIONS - An Analysis of Technology Trends, Applications, And Projected Business Climate
INDUSTRIAL BASE STUDY FINAL REPORT Prepared for the North American Technology And Industrial Base Organization (NATIBO), Prepared by TRW Systems & Information Technology Group September 1999

POSTFATA
Imposibilitatea de a cita TOATE sursele materialului nu se datoreaza relei vointe ci lipsei de structurare a muncii de autorat. La momentul cand am luat notite prin agende, referitor la acumulatori, nu am notat si sursa. Unele din paginile vizitate au fost retinute insa pe suport si astfel pot fi citate.

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.

Adrian Florescu YO3HJV
0

913Creative.ro

#2 Useril este offline   gsmgsa 

  • Nou venit
  • Pip
  • Grup: Members
  • Postari: 1
  • Inregistrat: 18-December 05

Postat 18 December 2005 - 07:25 PM

as dori si eu schema respectiva a statiei de formatare si incarcare a acumulatorilor. M-ar interesa mai mult partea pentru acumulatori Pb - Acid. Multumesc!
Email: gsa_ro@yahoo.com
Y mess: gsa_ro
Skype: gsmgsa
0

#3 Useril este offline   domnu_doctor 

  • MEGA Membru
  • PipPipPipPipPipPipPip
  • Grup: Members
  • Postari: 3218
  • Inregistrat: 11-April 05

Postat 18 December 2005 - 08:48 PM

Malko, la 24 Oct 2005, 20:37, a spus:

Am observat o serie de post-uri referitoare la acumulatori. M-am gandit sa postez si aici cele doua articole scrise pentru un site de radioamatori.
...
Adrian Florescu YO3HJV

Felicitari !! :D :D Pentru articol !! :mellow:

Stima,
40,665 MHz = Ch 50, FM, PPM, Legal
35,150 MHz = Ch 75, FM, PPM, Legal
27,145 MHz = Ch 19, AM, PPM, Legal
0

#4 Useril este offline   Champ 

  • Membru
  • PipPipPipPip
  • Grup: Members
  • Postari: 210
  • Inregistrat: 08-June 05
  • Gender:Male
  • Location:Sibiu

Postat 19 December 2005 - 11:01 AM

Felecitari si din partea mea!
Sunt convins ca articolul ii va ajuta pe multi.

M-ar interesa si pe mine schema statiei,bineinteles,daca se poate.

Multumiri!
Email: dannetro@yahoo.com

Dan Petrescu
0

#5 Useril este offline   Silfax 

  • MEGA Membru
  • PipPipPipPipPipPipPip
  • Grup: Members
  • Postari: 1449
  • Inregistrat: 15-April 04
  • Gender:Male

Postat 19 December 2005 - 07:00 PM

Poate nu uita cine trebuie sa ajunga la Vademecum articolul... :)
...audaces fortuna iuvat...
0

#6 Useril este offline   Spaceone 

  • Senior
  • PipPipPipPipPip
  • Grup: Members
  • Postari: 261
  • Inregistrat: 14-October 05

Postat 19 December 2005 - 11:07 PM

care este formula din care rezulta timpul de incarcare al acumulatorului la un incarcator fara detectia terminarii incarcarii....




salutari
0

#7 Useril este offline   vlad1 

  • MEGA Membru
  • PipPipPipPipPipPipPip
  • Grup: Members
  • Postari: 1889
  • Inregistrat: 02-December 02
  • Gender:Male
  • Location:Oradea

Postat 20 December 2005 - 08:44 AM

............Q(mA)
T(h)= ----------- X 1,4
............I(mA)


T(h) - timpul in ore
Q(mA) - capacitatea nominala (exprimata in miliamperi ora)
I(mA) - intensitatea de incarcare (exprimata in miliamperi ora) (masurata efectiv)
X 1,4 - factor de multiplicare din cauza randamentului reactiei REDOX

Evident formula este valabila numai cu stabilizator electronic de curent. Daca puneti limitator de curent (de ex. rezistiv sau dinamic), calculul este muuult mai complex (e o diferentiala)

Aceasta postare a fost editata de vlad1: 20 December 2005 - 08:47 AM

0

#8 Useril este offline   marius10 

  • Membru de onoare
  • PipPipPipPipPipPip
  • Grup: Members
  • Postari: 591
  • Inregistrat: 01-January 06

Postat 01 January 2006 - 06:05 PM

Complimente pentru articol veramente documentat !As vrea sa precizez ca in ultimul timp in occident se folosesc tot mai mult accumulatori LIPO care reusesc o descarcare 20C cu marele avantaj al greutatii reduse la un mare curent de descarcare , dar cu micul dezavantaj al circuitelor destul de complexe pentru exploatare !!
0

#9 Useril este offline   Malko 

  • Incepator
  • PipPip
  • Grup: Members
  • Postari: 25
  • Inregistrat: 24-October 05

Postat 12 January 2006 - 08:51 AM

Revin asupra materialului postat...
In ultima parte a materialului s-au amestecat datele care, la origine, erau cuprinse intr-un tabel...
Imi propusesem sa continui articolul cu o trecere in revista a circuitelor tip "fuel gauge", asa numitele "controller-e" de pack, insa timpul nu imi permite, cel putin deocamdata... Recent am devenit tatic si asta ma lasa doar cu timp de dormit! :)

Le multumesc celor care au avut rabdarea de a parcurge materialul si de a exprima atat opinii favorabile cat si opinii critice.
La o abordare usor filosofica, acumulatorii reprezinta un delicat compromis intre practica si teorie, nefiind inca suficient de bine intelesi. O serie de firme serioase, cu dedicatie in domeniu investesc sume enorme in cercetare, produsele acestora avand, in genere, preturi destul de piparate.

Referitor la "statia" (cum pompos am denumit-o) de formare a acumulatorilor: este, in esenta, un transformator+redresor+filtru cu multiplicator capacitiv urmat de: a)sursa de curent constant, :D sursa de tensiune constanta. Ambele sunt realizate cu banalul LM317 (curent maxim 1,5A-catalog-practic 1200mA in exploatare fixat pe radiator baban).
Valorile curentului sunt presetate si selectate cu un comutator rotativ iar tensiunea este setata cu un potentiometru. Pe sursa exista un voltmetru digital care permite o rezolutie satisfacatoare la nivel de zeci de mV. Intrucat am pornit de la premisa ca operatiunile se desfasoara la temperatura camerei (aproximativ 24 grade C) nu am considerat necesar sa fac din temperatura ambianta si a acumulatorului un parametru de control si decizie.
Asadar, este ceva banal, simplu dar eficient, zic eu. Imi permite sa: incarc orice tip de acumulator (mai putin pe baza de Li pentru care mi-ar trebui un cronometru electronic) si sa echilibrez pack-uri.
In proiect am o statie complexa controlata de microprocesor ( de fapt, vreo trei) si care ar asigura incarcarea oricarui tip uzual de acumulator la orice tensiune cuprinsa intre 1,2 si 16V in mod rapid sau lent, functie de analiza a capacitatii, functie de echilibrare si functie de formatare. Toate gestionate atat prin propria interfata de utilizator cat si prin RS232 sau USB cu PC. Chestia naibii ca nu ma pricep la microcontrolere!

O sa incerc sa pun schema undeva pe net cu toate valorile, in cazul in care cineva chiar vrea sa isi faca acest mic monument de mica - ca sa nu zic "in" - utilitate... :D

Adrian
0

Arata acest topic


Pagina 1 din 1

1 useri citesc topicul
0 membri, 1 vizitatori, 0 utilizatori anonimi

913Creative.ro