Jste zde

Obnova olověného akumulátoru pulzním nabíjením

Redakce HW serveru, 24. Červenec 2012 - 0:00

Chceme-li nabíjet sekundární články, můžeme si vybrat hned z několika nabíjecích režimů. Jedním z těchto režimů je pulzní nabíjení, o kterém pojednává právě tento článek.

Oproti konvenčnímu nabíjení přináší celou řadu výhod, ovšem stále zbývají nezodpovězené otázky, například jaká délka nabíjecích pulzů je optimální. Článek také představí první pulzní experiment, který jsme na našem pracovišti provedli. Jeho cílem bylo pokusit se o oživení staré dlouhodobě nepoužívané baterie právě pomocí pulzního režimu.

Tento článek vyšel poprvé ve sborníku konference Nekonvenční Zdroje Elektrické Energie (www.nzee.cz) a zde byl zveřejněn na vyžádání.

Úvod

Algoritmy pulzního nabíjení mohou být aplikovány na formaci akumulátorů, při nabíjení a vybíjení. Typické algoritmy ukazuje obr. 1. Všimněte si, že po nabíjecím pulzu může následovat stání, nebo vybíjecí pulz. O vybíjecích pulzech se soudí, že působí pozitivně tak, že eliminují povrchové náboje na elektrodách, což může vést ke snížení intenzity plynování. Zatím však nebylo jednoznačně prokázáno, zda je to vskutku pravda. Zjevné výhody spočívají ve zvýšeném odvodu tepla a tak lze použít relativně velké proudy (dokonce i ke konci formace či nabíjení). Další výhodou je snížené plynování díky snižující se velikosti náboje předaného během jednoho pulzu, neboť oblasti plynování je dosaženo později (jak je vidět na obrázku, jednotlivé pulzy se buď postupně snižují, nebo zkracují). Navzdory tomu, že se touto problematikou zabývalo mnoho společností, použití v praxi není příliš běžné [1].

Obr. 1: Typický průběh pulzního nabíjení (proudové pulzy) [1]

Nové nabíjecí přístroje řízené mikroprocesorem navíc dovedou „vycítit“, v jakém stavu se akumulátor nachází – teplotu, napětí, nabíjecí proud atd. Jsou také schopny měnit nabíjecí proudy během nabíjení. Problémem jsou však usměrňovače, neboť většina z nich produkuje nedokonale usměrněný proud a střídavá složka způsobuje zahřívání akumulátoru. To by mělo být minimalizováno, zejména ke konci nabíjení, kdy akumulátor plynuje a má tendenci se zahřívat [2].

Předpokládané výhody pulzního nabíjení

Očekávané výhody aplikace některé z metod pulzního nabíjení oproti konvenčním nabíjecím metodám jsou:

Zvětšená účinnost nabíjení. Snížená doba nabíjení baterie.
Redukce generace plynu a ztráty vody
Zvýšená čistota baterie (snížená přítomnost aerosolu kyseliny sírové ve vzduchu uvnitř baterie během a po nabíjení s plynováním)
Snížení rychlosti koroze kladné elektrody, na které běžně dochází během nabíjení k přebíjení, což povede ke zvýšení životnosti baterie
Účinnější procedura formace baterií při výrobě
Obnova článků zasažených předchozí nevratnou sulfatací elektrod [3]

Experiment

Na platformě Agilent v programovacím jazyce Agilent VEE Pro byl vytvořen software umožňující pulzní nabíjení pulzy o konstantní (v průběhu cyklování se nemění) amplitudě a střídě libovolné velikosti. První testování tohoto programu proběhlo na olověném akumulátoru, který před samotným experimentem nebyl používán více než půl roku.

Obr. 2: Ukázka pulzů aplikovaných na olověný článek

V textu [3] je uvedeno: „Zdá se, že po aplikaci pulzního nabíjení na článek přetrvávají kladné účinky i po tom, co se aplikují opět konvenční nabíjecí režimy. Takže, aby se dalo vyjádřit zlepšení pulzním nabíjením, je nejdřív třeba aplikovat konvenční nabíjení, před použitím pulzního testovacího programu.“ Tuto premisu jsme se pokusili ověřit.

Obr. 3: Průběh kapacity

Na obr. 3 je vidět průběh celého experimentu. Začíná standardním konvenčním cyklováním (100 % DOD). Poté bylo aplikováno pulzní nabíjení, následně se přešlo opět na konvenční cyklování. Konvenční cyklování sestávalo z vybíjení konstantním proudem o velikosti 0,4 A do konečného napětí 1,6 V a nabíjení proudem stejné velikosti s napěťovým omezením na 2,45 V. Jeden konvenční cyklus trval 24 hodin. Pulzní nabíjení sestávalo ze stejného vybíjení jako v konvenčním režimu, ale nabíjení bylo dle obr. 2 s konstantním proudem 0,4 A.

Z obrázku je patrná změna směrnice nárůstu kapacity před a po aplikaci pulzního nabíjení. Aplikací pulzního cyklu došlo ke zvýšení kapacity zasulfatovaného experimentálního článku o 100 % a kapacita následně dále rostla i při přechodu na konvenční cyklování. Lze tedy říci, že aplikace pulzního cyklování má na zasulfatované elektrody pozitivní vliv a vede k regeneraci takto postiženého olověného akumulátoru.

Poděkování

Tato práce byla podporovaná grantem EU project CZ.1.05/2.1.00/01.0014 a specifického vysokoškolského výzkumu VUT č. FEKT–S–11–7.

Literatura

M. Weighall, B. Nelson: A Guide To VRLA Battery Formation Techniques
D.Linden, T. B. Reddy: 3. ed. Handbook of batteries, ISBN 0-07-135978-8
M. James, J. Grummett, M. Rowan, J. Newman, Application of pulse charging techniques to submarine lead-acid batteries, Journal of Power Sources 2.4.2005