5/5 - (3 امتیاز)

S-2503 : تکنیک های شارژ باتری

How to charge a lead acid battery

فهرست مطالب

امکان شارژ باتری‌های سیلد لید اسید توسط هر یک از تکنیک‌های زیر وجود دارد:

ولتاژ ثابت Constant voltage
جریان ثابت Constant current
جریان شیب دار Taper current
ولتاژ ثابت 2 مرحله ای Two step constant voltage

* بهترین متد شارژ برای دستیابی همزمان به بیشترین طول عمر و ظرفیت، و همینطور مدت شارژ مجدد معقول و به صرفه، جریان-ولتاژ ثابت و محدود شده است.

*برای شارژ باتری سیلد لید اسید، باید ولتاژ DC بین شناور float و سریع fast به ترمینال‌های باتری اعمال شود.

*سلول ممکن است موقتا پس از دشارژ کاهش یابد؛ ولی پس از مدت زمانی به ثبات خواهد رسید. در طی مدت زمان دشارژ، سولفات سرب صفحه مثبت به دی اکسید سرب تبدیل می شود. هنگامی که باتری به شارژ کامل رسید، صفحه مثبت شروع به تولید دی اکسید می کند و این باعث رشد ناگهانی ولتاژ به دلیل کاهش مقاومت داخلی خواهد شد.

پیشنهاد : خود تخلیه باتری؛ پایان عمر باتری!

ویژگی‌های شارژ باتری

طی ولتاژ ثابت یا شارژ شیب دار، جریان مورد قبول برای باتری کاهش می‌یابد؛ درحالیکه ولتاژ و SoC افزایش می‌یابد. هنگامی که جریان برای چند ساعت به مقدار کمی ثابت شود، باتری کامل شارژ شده است.2شاخص وجود دارد که چه زمانی باتری کامل شارژ شده است:
۱ – سطح جریان نهایی

۲ – ولتاژ پیک هنگامی که جریان نهایی در حال شارش است

منحنی شارژ معمولی باتری سیلد لید اسید در حال کار. در حالتی که شارژ به صورت ناپیوسته صورت بگیرد، ولتاژ پیک بالاتر است.

منحنی شارژ معمولی باتری سیلد لید اسید در حالت استندبای. هنگامی‌که شارژ به صورت پیوسته انجام شود، ولتاژ پیک کمتر خواهد شد.

انتخاب متد شارژ باتری

بسته به نوع استفاده:
- Cyclic service
- Float service
ملاحظات اقتصادی
زمان شارژ دوباره
فرکانس پیش بینی شده
عمق دشارژ
طول عمر سرویس

توجه هدف از هر نوع شارژی، کنترل جریان شارژ در انتهای این فرایند است.

شارژ ولتاژ ثابت

بهترین روش شارژ باتری سیلد لید اسید، روش ولتاژ ثابت است. این روش بسته به نوع کاربرد، به 2 نوع تقسیم می‌شود:

در این روش یک ولتاژ ثابت به باتری اعمال می شود که این ولتاژ باید با توجه به نوع شارژ و شرایط دمایی انتخاب شود. چون ولتاژ نامناسبT می‌تواند موجب شارژ بیش از حد مجاز (Over Charge) یا شارژ کمتر از حد مجاز (Under Charge) شود. جریان اولیه شارژ نیز محدود می‌شود.

شارژ جریان ثابت

مناسب کاربردهایی است که میزان دشارژ (آمپر-ساعت) سیکل دشارژ قبلی را می‌دانیم. زمان و میزان شارژ به راحتی قابل محاسبه است. هرچند یک مدار جریان ثابت بسیار دقیق و گران قیمت نیاز است؛ مانیتور کردن ولتاژ و محدود کردن زمان شارژ برای جلوگیری از اورشارژ باتری نیاز است.

کاربرد: بسیار مناسب برای ریکاور کردن ظرفیت باتری سیلد لید اسیدی که برای مدت طولانی در انبار بوده است یا اورشارژ گاه به گاه جهت یکسان‌سازی یا اکوالایز (Equalize) ظرفیت سلول.

شارژ جریان شیب دار: استفاده از این روش توصیه نمی‌شود؛ زیرا برای باتری سیلد لید اسید مخرب است و می‌تواند طول عمر باتری را کم کند. این روش به دلیل مدار ساده و ارزان، بطور گسترده برای شارژ چندتایی و همینطور سیکلی استفاده می‌شود.

هنگام استفاده از شارژ جریان شیب دار، زمان شارژ باید محدود شود و به یک مدار cut-off جهت جلوگیری از اورشارژ نیاز است.

در این روش شارژ، جریان متناسب با ولتاژ کاهش می‌یابد. هنگام طراحی مدار حتما باید نوسان توان و ولتاژ لحاظ شود. در این روش، در ابتدای شارژ، مقاومت اولیه باتری کاهش یافته و به گرما تبدیل می شود. گرمای تولید شده باید محاسبه و در صورت نیاز، هیت سینک حرارتی در مدار قرار داده شود.

اضافه شارژ (Overcharge) باتری لید اسید

در نتیجه ورود ولتاژ بسیار زیاد، جریان بیش از اندازه‌ای در باتری شارش پیدا می‌کند که باعث تجزیه آب الکترولیت و استهلاک زودرس باتری می‌شود.

فرار حرارتی

در حالتی که اورشارژ بیش از حد باشد، حرارت باتری به صورت پیش رونده افزایش می‌یابد. هر چه باتری گرم‌تر شود، جریان بیشتری را دریافت می‌کند و باز گرم‌تر می‌شود. به این پدیده، فرار حرارتی گفته می‌شود. این فرایند در کمتر از چند ساعت می‌تواند باعث نابودی باتری شود.

آندرشارژ باتری اسیدی

اگر ولتاژ شارژی که به باتری اعمال می‌شود، کمتر از حد مجاز باشد، قبل از اینکه باتری بطور کامل شارژ شود، شارش جریان متوقف ‌شده و روی الکترودها سولفات سرب باقی خواهد ‌ماند؛ در نهایت منجر به کاهش ظرفیت باتری خواهد شد.

باتری‌هایی که در حالت دشارژ در انبار نگهداری می‌شوند، یا به مدت طولانی استفاده نشده‌اند، ممکن است در ابتدا مدار باز بنظر بیایند یا جریان بسیار کمتری نسبت به حالت نرمال بپذیرند. علت این اتفاق، پدیده سولفاتاسیون است.

هنگامی که این اتفاق می افتد، شارژر را به باتری متصل کنید. به طور معمول باتری پس از مدتی شروع به قبول جریان بیشتری می‌کند تا به جریان نرمال برسد.

اگر حتی در ولتاژهای بالاتر از سطوح پیشنهادی هم پاسخی دریافت نشد، باتری قابل ریکاوری نیست و باید جایگزین شود.

شارژ سیکلی باتری لید اسید

شارژ سیکلی زمانی استفاده می‌شود که ریشارژ (شارژ مجدد) باید در مدت تقریبا کوتاهی انجام شود. هرچند جریان شارژ اولیه نباید از مقدار مجاز (بیش از 0.3C)فراتر برود.

همانطور که ولتاژ باتری طی دشارژ کاهش می‌یابد، طی شارژ افزایش پیدا می‌کند. شارژ کامل بودن باتری، توسط ولتاژ و جریان ورودی تعیین می‌شود. وقتی که ولتاژ شارژ به میزان 2.45 ± 0.05 volts/cell برسد، جریان دریافتی باتری به 0.01 x C خواهد رسید. در این حالت، باتری کامل شارژ شده و شارژر یا باید قطع شود یا به ولتاژ شناور (Float) معادل 2.25 to 2.30 volts/cell سوییچ کند. در این حالت، نباید اجازه داد ولتاژ از مقدار مجاز 2.45 ± 0.05 volts/cell بالاتر برود.

شارژ استندبای باتری لید اسید

همه باتری‌ها در حالت سیکلی نیاز به شارژ سریع و متعدد ندارند؛ اما باید به صورت مداوم شارژ شوند تا انرژی مصرفی ناشی از تلفات داخلی و استهلاک باتری جبران شود. میزان این تلفات خیلی کم است؛ ولی باید با توجه به نرخ خود دشارژی باتری جایگزین شود. برای تحقق این موضوع، روش شارژ ولتاژ ثابت به نام استندبای یا شارژ شناور مورد نیاز است.

شارژ ولتاژ ثابت دو مرحله ای

این روش از 2دستگاه ولتاژ ثابت استفاده می‌کند. در فاز اولیه شارژ، از ولتاژ بالا استفاده می‌شود. هنگامی که شارژ نزدیک به کامل شدن است و ولتاژ به یک مقدار معین افزایش پیدا کند (همراه با کاهش جریان)، شارژر به ولتاژ پایین سوییچ می‌کند. در این روش، امکان شارژ سریع به صورت سیکلی و شناور، بدون اورشارژ و حتی پس از بازه‌های طولانی شارژ را میسر می‌سازد.

شارژ سری دو یا چند باتری

باتری‌های لید اسید، رشته‌ای از سلول های 2 ولت هستند که به صورت سری با هم در ارتباط هستند. معمولا در هر باتری 2 و 3 و 4 یا 6 سلول قرار دارد. رشته باتری‌های لید اسید سری شده به بزرگی 48 ولت یا حتی بیشتر، می‌توانند به شکلی امن و کارامد شارژ شوند. هرچند اگر تعداد باتری‌ها به صورت سری افزایش یابد، امکان اندکی اختلاف در ظرفیت باتری‌ها وجود خواهد داشت. این اختلاف می‌تواند ناشی از سن باتری، سابقه ذخیره سازی، تغییرات دمایی و میزان آسیب داخلی باتری باشد.

در هنگام شارژ سری، باتری‌هایی که به طور کامل شارژ شده‌اند، هیچگاه نباید با باتری‌های دشارژ شده ترکیب شوند و باتری‌های دشارژ شده، قبل از اتصال باید شارژ شوند.

وقتی یک شارژر ولتاژ ثابت به یک رشته کامل ولتاژ بالا وصل می‌شود، جریان مشابهی درون رشته سلول‌ها شارش پیدا خواهد کرد. با توجه به ویژگی باتری‌ها، بعضی از آنها ممکن است اورشارژ شوند؛ در حالیکه بقیه به صورت اندکی در شرایط آندرشارژ قرار گرفته‌اند. برای به حداقل رساندن این امکان، از باتری‌هایی با سن، تولیدکننده، آمپرساعت و تاریخجه یکسان استفاده کنید؛ در غیر اینصورت، سلول‌ها را در رشته‌های بزرگتر از 24 یا 28 ولت شارژ نکنید.

شارژ موازی باتری‌ها

باتری‌های لید اسید ممکن است با یک یا چند باتری با ولتاژ برابر موازی شوند. هنگام اتصال باتری‌ها به صورت موازی، جریان شارژر تقریبا به شکل برابر بین باتری‌ها تقسیم می‌شود. در این حالت، نیاز به تطبیق باتری‌ها نیست. اگر باتری‌هایی با ظرفیت‌های نابرابر به هم وصل شوند، جریان تمایل دارد متناسب با ظرفیت باتری‌ها تقسیم شود (در واقع متناسب با مقاومت داخلی).

در شارژ موازی، هنگامی که نسبت‌های گوناگونی از شارژ مورد انتظار است؛ بهتر است از تفاوت زیاد جریان باتری‌ها اطمینان یابید.

شارژ Top up در باتری سیلد لید اسید

همه باتری‌ها به دلیل تخلیه خودبه‌خودی، پس از مدتی، ظرفیت خود را از دست می‌دهند. پیشنهاد می‌شود برای باتری‌ای که مدت طولانی در انبار بوده است، قبل از سرویس باتری از شارژ Top up استفاده شود. برای شارژ Top up باتری‌ای که بیش از 12 ماه در انبار بوده است، ولتاژ مدارباز باید بیشتر از 2 ولت در هر سلول باشد. همیشه قبل از استفاده از این روش از ولتاژ مدار باز مطمئن شوید.

راندمان شارژ باتری

راندمان شارژ باتری با توجه به وضعیت شارژ باتری(SoC) ، دما و نرخ شارژ (C Rating) متغیر است.

گراف زیر وضعیت شارژ باتری و راندمان شارژ را نشان می دهد: