S-2501 نحوه شارژ باتری‌ لید اسید

S-2501 نحوه شارژ باتری‌ لید اسید

Charging the lead acid battery

همانطور که می‌دانید با شارژ صحیح باتری، باعث افزایش طول عمر مفید آن می‌شویم، در این مقاله قصد آموزش نحوه صحیح شارژ باتری لید اسید را داریم.

روش شارژ باتری لید اسید

باتری لید اسید از روش شارژ جریان ثابت – ولتاژ ثابت constant current constant voltage (CCCV) استفاده می‌کند. جریان تنظیمی ولتاژ ترمینال را افزایش می‌دهد تا به مقدار حد بالایی ولتاژ شارژ برسد. در این نقطه به دلیل اشباع جریان افت می‌کند.

زمان شارژ بین ۱۲ تا ۱۶ ساعت و برای باتری های بزرگ بین ۳۶ تا ۴۸ ساعت است. با جریان‌های شارژ بالاتر و روش‌های شارژ چند مرحله‌ای می‌توان زمان شارژ را به ۸ تا ۱۰ ساعت کاهش داد. اما در این صورت مرحله شارژ با ولتاژ ثابت به طور کامل انجام نمی‌شود. شارژ باتری لید اسید آهسته انجام می‌شود و نمی‌توان این باتری‌ها را با سرعت شارژ سیستم‌های دیگر، شارژ کرد.

مراحل شارژ باتری لید اسید

در روش جریان ثابت – ولتاژ ثابت برای شارژ باتری‌های لید اسید سه مرحله دنبال می‌شود که عبارتند از:

• شارژ جریان ثابت
• شارژ حداکثری
• شارژ شناور

شارژ جریان ثابت بخش عمده‌ای از فرآیند شارژ را انجام داده و تقریباً نصف زمان شارژ صرف این مرحله می‌شود؛ شارژ حداکثری با جریان شارژ کمتری ادامه یافته و سبب اشباع می‌شود. در نهایت شارژ شناور تلفات ناشی از دشارژ (تخلیه) داخلی را جبران می‌کند.

پیشنهادی: دشارژ باتری را مطالعه کنید.

باتری در مرحله شارژ جریان ثابت طی ۵ تا ۸ ساعت حدود ۷۰ درصد شارژ می‌شود؛ ۳۰ درصد ظرفیت باقیمانده با سرعت شارژ کمتر در حالت ولتاژ ثابت پر شده که ۷ تا ۱۰ ساعت دیگر به طول می‌انجامد. شارژ ولتاژ ثابت برای سلامت باتری ضروری است و می‌توان آن را با استراحت کوتاه مدتی پس از صرف زمانی مناسب مقایسه کرد. اگر به طور پیوسته از این مرحله صرف نظر شود، باتری در نهایت توانایی خود در پذیرش شارژ کامل را از دست داده و عملکرد آن به خاطر پدیده سولفاته شدن باتری افت می‌کند. شارژ شناور مرحله سوم شارژ است که باتری را در حالت شارژ کامل حفظ می‌کند.

رفتن از مرحله ۱ به ۲ به صورت آهسته و پیوسته انجام می‌شود و زمانی رخ می‌دهد که باتری به حد ولتاژ آستانه برسد. با آغاز اشباع باتری، جریان افت می‌کند؛ شارژ کامل زمانی انجام می‌شود که جریان به ۳ تا ۵ درصد آمپر ساعت اسمی برسد. باتری با نشت بالا ممکن است هرگز به این میزان جریان اشباع پایین نرسد و در این صورت یک زمان‌سنج با مقدار تنظیمی ثابت وظیفه پایان شارژ را بر عهده دارد.

تنظیم صحیح حد ولتاژ شارژ

تنظیم صحیح حد ولتاژ شارژ بسیار مهم بوده و در محدوده ۲.۳۰ تا ۲.۴۵ ولت به ازای هر سلول قرار دارد. تنظیم آستانه ولتاژ نیازمند برقراری توازن است. از یک سو، باتری می‌خواهد به طور کامل شارژ شود تا به حداکثر ظرفیت خود برسد و مانع از سولفاتاسیون روی صفحه منفی شود؛ از سویی دیگر، اشباع بیش از حد به خاطر رفتن به حالت شارژ شناور سبب خوردگی شبکه روی صفحه مثبت می‌شود. همچنین این موضوع به افزایش حجم گاز و از دست دادن آب منجر می‌شود.

دما ولتاژ را تغییر می‌دهد و این امر توازن آشتانه ولتاژ را دشوارتر می‌کند. محیطی گرم‌تر به مقدار آستانه ولتاژ کمتری نیاز دارد و در دمای سردتر ارجحیت با مقدار آستانه بالاتر است. شارژرهایی که در معرض نوسانات دمایی قرار دارند دارای حسگرهای دمایی هستند تا ولتاژ شارژ را برای بازدهی بهینه شارژ تنظیم کنند.

پیشنهادی: شارژ در دمای بالا و پایین را مطالعه کنید. (در حال آماده سازی)

ضریب دمایی شارژ سلول لید اسید یا سربی اسیدی برابر با –3mV/°C است. اگر 25°C یا (77°F) را نقطه میانی در نظر بگیریم، به ازای هر درجه افزایش دما بیشتر از 3mV، ولتاژ شارژ باید به اندازه 25°C به ازای هر سلول کاهش یابد و به ازای هر درجه کاهش دما پایین‌تر از 3mV، به اندازه 25°C افزایش یابد. اگر اینکار امکان‌پذیر نیست، بهتر است ولتاژ پایین‌تری را در نظر بگیریم.

	۲.۳۰ ولت تا ۲.۳۵ ولت به ازای سلول	۲.۴۰ ولت تا ۲.۴۵ ولت به ازای سلول
مزایا	بیشترین طول عمر؛ خنک ماندن باتری؛ دمای شارژ می‌تواند بیشتر از  باشد.	قرائت ظرفیت‌های بالاتر و با ثبات‌تر؛ سولفاتاسیون کمتر.
محدودیت‌ها	زمان شارژ آهسته؛ ممکن است قرائت ظرفیت‌ها ثبات نداشته باشد و با گذشت هر سیکل کاهش یابد. سولفاتاسیون ممکن است بدون شارژ یکنواخت‌سازی رخ دهد.	مستعد خوردگی و افزایش حجم گاز. نیازمند آب‌رسانی دوباره. نامناسب برای شارژ در دماهای بالای محیط که باعث اورشارژ شدید می‌شود.

اشباع باتری

وقتی که باتری از طریق اشباع به طور کامل شارژ شد، نباید بیش از ۴۸ ساعت در حالت ولتاژ ثابت قرار داشته باشد. مقدار آن باید به سطح ولتاژ شناور کاهش یابد. این مورد برای سیستم‌های سیلد لید اسید (باتری سربی اسیدی بدون منفذ) بسیار مهم است. چون نسبت به نوع تر مقاومت کمتری نسبت به اورشارژ دارند. شارژ فراتر از حدود مشخص شده انرژی اضافی را به حرارت تبدیل کرده و باعث تولید گاز در باتری می‌شود.

ولتاژ شناور توصیه شده برای اکثر باتری‌های لید اسید تر ۲.۲۵ تا ۲.۲۷ ولت به ازای هر سلول است. باتری‌های ثابت بزرگ در دمای  معمولاً ولتاژ شناور ۲.۲۵ ولت به ازای سلول دارند. تولید کننده‌ها توصیه می‌کنند وقتی دمای محیط بالاتر از  شد، ولتاژ شارژ شناور را کاهش دهیم.

شکل ۳ عمر باتری لید اسید را نشان می‌دهد که ولتاژ شناوری بین ۲.۲۵ تا ۲.۳۰ ولت به ازای سلول داشته و در دمای بین 20°C تا 25°C (60°F to 77°F) بوده است. بعد از ۴ سال کار، افت ظرفیت دائم مشهود بوده و به زیر ۸۰ درصد می‌رسد. اگر باتری دشارژهای عمیق دوره‌ای را تجربه کند، این میزان افت افزایش می‌یابد. افزایش حرارت نیز باعث کاهش عمر باتری می‌شود.

پیشنهادی: حرارت و بارگذاری چه تأثیری بر عمر باتری دارند را مطالعه کنید.

شارژ شناور

همه شارژرها از ویژگی شارژ شناور پشتیبانی نمی‌کنند و وسایل نقلیه جاده‌ای کمی هستند که چنین امکانی داشته باشند. اگر شارژر شما در حالت شارژ ولتاژ ثابت باقی می‌ماند و به زیر ۲.۳۰ ولت به ازای سلول نمی‌رسد، شارژر را پس از ۴۸ ساعت جدا کنید. شارژ دوباره را هر ۶ ماه و در زمان ذخیره‌سازی انجام دهید؛ این کار را برای باتری‌های AGM هر ۶ تا ۱۲ ماه یکبار انجام دهید.‍

تنظیمات ولتاژی تشریح شده برای سلول‌های تر و باتری‌های تر با شیر اطمینان فشار حدود ۳۴ کیلوپاسکال (۵ پی‌.اس.‌آی) بکار می‌روند. باتری‌ سیلد لید اسید استوانه‌ای مثل سلول هاوکر سیکلون Hawker Cyclon به ولتاژ تنظیمی بالاتری نیاز دارند و حدود مربوط به آن‌ها باید مطابق با مشخصات ارائه شده توسط تولید کننده تنظیم شوند. ناتوانی در اعمال ولتاژ پیشنهادی سبب کاهش تدریجی ظرفیت به خاطر سولفاته شدن باتری می‌شود. سلول هاوکر سیکلون مقدار تنظیمی ۳۴۵ کیلوپاسکال (۵۰ پی.اس.آی) برای فشار اطمینان دارد.‌ این ویژگی امکان بازترکیب گاز‌های تولید شده حین شارژ را به وجود می‌آورد.

در زمان تنظیم ولتاژ شارژ شناور، مسئله فرسوده شدن باتری‌ها با چالش مواجه می‌شود. چون هر سلول شرایط منحصر به فرد خودش را دارد. سلول‌ها که همه آن‌ها به صورت رشته پشت سر هم متصل می‌شوند، جریان شارژ یکسانی را دریافت می‌کنند و کنترل هر سلول برای اینکه همه آن‌ها به ظرفیت کامل برسند تقریباً غیرممکن است. ممکن است سلول‌های ضعیف وارد حالت اورشارژ شوند در حالیکه سلول‌های قوی همچنان تشنه شارژ شدن باشند. جریان شناوری که برای سلول شارژ شده بسیار بالا است، ممکن است به خاطر عدم تکمیل شارژ سلول همسایه سبب سولفاتاسیون آن شود. دستگاه‌های تعادل سلولی وجود دارند که کار جبران‌سازی اختلافات ولتاژهای ناشی از عدم تعادل سلول را بر عهده دارند.

ولتاژ ریپل برای باتری‌های ثابت بزرگ مشکل ایجاد می‌کند. پیک ولتاژ وضعیت اورشارژ ایجاد کرده و سبب رشد هیدروژن می‌شود و در عین حال دره ولتاژ سبب دشارژ مختصری می‌شود که وضعیت تشنه شارژ را ایجاد می‌کند و نتیجه آن تخلیه الکترولیت است. تولید کنندگان ریپل ولتاژی شارژ را ۵ درصد در نظر می‌گیرند.

جلوگیری از سولفاته شدن باتری

مطالب زیادی درباره شارژ پالسی باتری‌های لید اسید برای کاهش سولفاته شدن باتری ارائه شده است. نتایج قاطعانه نیستند و تولید‌کنندگان و همچنین تکنسین‌های خدماتی نیز درباره مزایای آن دو دیدگاه مختلف دارند. اگر بتوان سولفاته شدن را اندازه‌گیری کرد و میزان درستی از پالس را اعمال کرد، در این صورت این راه‌حل می‌تواند کارساز باشد؛ به هر حال ارائه راهکاری بدون در نظر گرفتن اثرات جانبی می‌تواند برای باتری مضر باشد.

شارژ پسماندی

اکثر باتری‌های ثابت در حالت شارژ شناور حفظ می‌شوند و این روش نتیجه معقولی داشته است. روش دیگر شارژ پسماندی است که وقتی باتری وارد حالت آماده به کار می‌شود، جریان شناور را قطع می‌کند. باتری اساساً در حالت ذخیره‌سازی است و فقط گهگاهی برای اعمال شارژ ولتاژ ثابت به منظور پر کردن مجدد انرژی از دست رفته به خاطر دشارژ داخلی یا زمانی که باری بر آن اعمال می‌شود، «انرژی قرض می‌گیرد.» این حالت برای موقعیت‌هایی مناسب است که در زمان آماده به کار باری از باتری گرفته نمی‌شود.

باتری‌های لید اسید همیشه باید در حالت شارژ شده حفظ شوند. شارژ ولتاژ ثابت باید هر ۶ ماه انجام شود تا مانع از افت ولتاژ به زیر سطح ۲.۰۵ ولت به ازای سلول و سبب سولفاتاسیون باتری شود. برای AGM می‌توان از این الزامات صرف نظر کرد.

سنجش ولتاژ مدار باز در زمان ذخیره‌سازی، شاخص قابل اطمینانی برای سطح شارژ باتری است. ولتاژ سلول ۲.۱۰ ولت در دمای اتاق نشان دهنده سطح شارژ حدود ۹۰ درصدی است. چنین باتری در شرایط مناسبی قرار داشته و قبل از استفاده فقط به شارژ کامل مختصری نیاز دارد.

پیشنهادی: نحوه سنجش سطح شارژ را مطالعه کنید. (در حال آماده سازی)

در زمان سنجش ولتاژ مدار باز، دمای ذخیره‌سازی را نیز رصد کنید. باتری سرد باعث کاهش اندکی در ولتاژ شده و باتری گرم سبب افزایش آن می‌شود. وقتی باتری چند ساعتی استراحت کرده باشد، استفاده از آن برای برآورد سطح شارژ بهترین نتیجه را دارد چون شارژ یا دشارژ سبب تحریک باتری و اعوجاج ولتاژ می‌شوند.

اگر  در بررسی اولیه باتری کمتر از ۲.۱۰ ولت به ازای سلول باشد، برخی از خریداران محصول دریافت شده را نمی‌پذیرند. ولتاژ کم نشان دهنده شارژ جزئی ناشی از ذخیره‌سازی طولانی‌ مدت یا دشارژ داخلی زیاد ناشی از اتصال کوتاهی ریز است. کاربران باتری دریافته‌اند که باتری دریافتی با ولتاژی کمتر از ولتاژ مشخص شده، نرخ خرابی بیشتری نسبت به باتری‌های با ولتاژ بالاتر دارد. گرچه عملکرد در شرایط محفوظ و سر بسته اغلب می‌تواند باعث عملکرد کامل باتری‌ها شود ولی زمان و تجهیزات مورد نیاز سبب افزایش هزینه‌های عملیاتی می‌شوند. (دقت شود که مقدار آستانه مطلوب ۲.۱۰ ولت به ازای سلول برای همه انواع باتری‌های سربی-اسیدی اعمال نمی‌شود.)

باتری‌های لید اسید تحت دمای مناسب و جریان شارژ کافی، بازدهی شارژ بالایی دارند. همانطور که در شکل ۴ نشان داده شده، استثنا آن مربوط به شارژ در دمای  40°C یا (104°F) و جریان‌های پایین است. باتری‌های لید اسید از نظر بازدهی بالا با باتری‌های لیتیوم یون مشترک هستند که بازدهی نزدیک به ۹۹ درصد دارند.

پیشنهادی: شارژ باتری‌های لیتیوم یون را مطالعه کنید. (در حال آماده سازی)

پیشنهادی: چه عواملی سبب مرگ باتری‌های لیتیوم یون می‌شوند را مطالعه کنید. (در حال آماده سازی)

شارژ سریع باتری لید اسید

توصیه تولید کنندگان نرخ-C شارژ برابر با  است اما باتری‌های سیلد لید اسدی بدون تولید اکسیژن و تخلیه آب می‌توانند با نرخ بالاتر ۸۰ درصد سطح شارژ نیز شارژ شوند. اکسیژن تنها زمانی تولید می‌شود که باتری در وضعیت اورشارژ باشد. شارژر جریان ثابت – ولتاژ ثابت سه مرحله‌ای با محدودسازی ولتاژ شارژ به ۲.۴۰ ولت به ازای سلول (۱۴.۴۰ ولت برای ۶ سلول) و سپس کم کردن آن به مقدار شارژ شناور در حدود ۲.۳۰ ولت به ازای سلول (۱۳.۸ ولت برای ۶ سلول) در شارژ کامل، مانع از رخداد این پدیده می‌شود. این مقادیر ولتاژهای کمتر از مرحله تولید گاز هستند.

آزمایش‌ها نشان می‌دهند با تعدیل جریان تا رسیدن به شارژ کامل و وقتی که باتری سربی-اسیدی به حدود ۲.۳ ولت به ازای هر سلول (۱۴ ولت برای ۶ سلول) می‌رسد، می‌توان تا حداکثر سرعت  باتری را شارژ کرد. وقتی سطح شارژ پایین است، پذیرش شارژ در بیشترین مقدار قرار دارد و با پر شدن باتری از بین می‌رود. در شارژ سریع، سطح سلامت و دمای باتری نیز نقش مهمی ایفا می‌کنند. اطمینان یابید که باتری در زمان شارژ «به جوش نیاید» و یا حرارتش زیاد نشود. وقتی باتری را با نرخ C بیشتر از مقدار توصیه شده تولید کننده شارژ می‌کنید، باتری را دقیقاً تحت نظر داشته باشید.

آب‌رسانی

آب‌رسانی تنها گام با بیشترین اهمیت در حفظ باتری سیلد لید اسید غرق‌آبی است؛ الزامی که در اغلب موارد از آن غفلت می‌شود. تناوب آب‌رسانی به میزان مصرف، روش شارژ و دمای کاری وابسته است. اورشارژ نیز منجر به مصرف آب می‌شود.

باتری جدید را باید هر چند هفته بررسی کرد تا بتوان الزام آب‌رسانی آن را برآورد نمود. اینکار تضمین می‌کند که سطح بالایی صفحات همیشه در معرض آب هستند. صفحه‌ای که در معرض آب نباشد، به خاطر اکسیاش آسیب جبران‌ناپذیری را متحمل می‌شود و این امر به کاهش ظرفیت و عملکرد ضعیف‌تر منجر می‌شود.

اگر سطح الکترولیت کاهش یافت، فوراً باتری را با آب مقطر یا دیونیزه پر کنید. ممکن است در برخی نواحی استفاده از آب لوله‌کشی هم قابل قبول باشد. قبل از شارژ سطح آب را به سطح مناسب نرسانید چون ممکن است در زمان شارژ سرریز رخ دهد. همیشه بعد از شارژ سطح آب را به میزان مطلوب برسانید. هرگز به آن الکترولیت اضافه نکنید چون اینکار سبب افت وزن مخصوص و افزایش خوردگی می‌شود. سیستم‌های آب‌رسانی با اضافه کردن خودکار میزان مناسبی از آب باعث حذف الکترولیت می‌شوند.

راهبردهایی ساده برای شارژ باتری‌ سیلد لید اسید

• شارژ را در محیطی با تهویه مناسب انجام دهید. گاز هیدروژن تولید شده در زمان شارژ خاصیت احتراقی دارد.

پیشنهادی: نگرانی‌های مربوط به سلامت باتری‌ها را مطالعه کنید. (در حال آماده سازی)

• برنامه شارژ مناسبی را برای باتری‌های غرق‌آبی، ژلی و AGM‌ انتخاب کنید. مقادیر توصیه شده برای آستانه ولتاژ را در مشخصات ارائه شده تولید کننده جستجو کنید.
• بعد از هر بار استفاده از باتری‌های سربی-اسیدی، به منظور جلوگیری از سولفاتاسیون، آن‌ها را دوباره شارژ کنید. این باتری‌ها را در شرایط سطح شارژ پایین نگه ندارید.
• صفحات باتری‌های غرق‌آبی باید همیشه به طور کامل زیر سطح الکترولیت قرار داشته باشند. اگر سطح الکترولیت کاهش یافت، باتری را با آب مقطر یا دیونیزه پر کنید. هرگز به آن الکترولیت اضافه نکنید.
• بعد از شارژ باتری، مقدار آب آن را به سطح مشخص شده برسانید. وقتی باتری سطح شارژ پایینی داشته باشد، پر کردن بیش از حد سبب سرریز اسید در زمان شارژ می‌شود.
• تشکیل حباب‌های گاز در باتری‌های سربی-اسیدی غرق‌آبی نشان دهنده قرار گرفتن باتری در سطح شارژ کامل است. (هیدروژن روی صفحه منفی و اکسیژن روی صفحه مثب ظاهر می‌شود.)
• اگر دمای محیط بالاتر از است، ولتاژ شارژ شناور را کاهش دهید.
• نگذارید باتری سربی-اسیدی یخ بزند. باتری خالی سریع‌تر از باتری کاملاً شارژ شده یخ می‌زند. هرگز باتری یخ زده را شارژ نکنید.
• از شارژ کردن باتری در دماهای بالاتر از پرهیز کنید.

شما هم اگر تجربه‌ای در زمینه شارژ باتری سیلد لید اسید دارید با ما در میان بگذارید. صمیمانه پذیرای نظرات شما هستیم.

منبع : باتری یونیورسیتی