image_pdf

Sprawność elektryczna akumulatorów

Sprawność elektryczna akumulatora to stosunek ładunku oddanego podczas pracy, do ładunku włożonego do akumulatora w procesie ładowania. W zależności od typu akumulatora sprawność ta wynosi:

  • 70-80% – akumulatory kwasowo-ołowiowe
  • ok 85% – akumulatory NiMH
  • ok. 95% – akumulatory Li-ion

Jak widać akumulatory kwasowo-ołowiowe w zestawieniu z wymienionymi wyżej, posiadają dość niską sprawność. Od wielu lat producenci próbują w tej kwestii coś zmienić – takim przykładem są akumulatory z dodatkami węglowymi jak mój akumulator Exide Premium.

Postanowiłem więc sprawdzić jaki wpływ mają wymienione wyżej dodatki na sprawność elektryczną – w związku z tym przeprowadziłem doświadczenie polegające pomiarze pojemności podczas procesu rozładowania oraz pomiarze pojemności wprowadzonej do akumulatora w procesie ładowania – poniżej film z tego doświadczenia:

Aby skorelować otrzymane wyniki, w najbliższym czasie wykonam dokładnie to samo doświadczenie, jednak z klasycznym akumulatorem z płynnym elektrolitem – Kozak KO440.

Odświeżanie akumulatora

Zapewne zastanawiacie się co właściwie oznacza odświeżanie akumulatora ? Nie mam na myśli żadnej kosmetyki akumulatora, ale odświeżanie parametrów elektrycznych a właściwie chemicznych. Na czym to całe odświeżanie polega – sprawa jest banalnie prosta – chodzi o pełen cykl rozładowania i ładowania akumulatora.

Poprawę parametrów – w szczególności pojemności – zauważyłem już wielokrotnie, podczas moich doświadczeń (między innymi podczas badania wpływu stanu naładowania na parametry akumulatora) – zwłaszcza w akumulatorach które pracują nieregularnie – w samochodach które poruszają się „od święta”. Zapewne zapytanie ile można zyskać – trudno jednoznacznie stwierdzić, ponieważ to sprawa indywidualna i zależy od wielu czynników. Kolejnym pytaniem może być, jak długo taki efekt się utrzyma – na to pytanie również ciężko odpowiedzieć, ale mam odpowiedź na inne pytanie – czy można coś stracić ? Otóż nie, na pewno taki cykl pełnego rozładowania i ponownego ładowania nie niesie za sobą żadnych negatywnych skutków.

Skoro nic nie można stracić a można zyskać i czasami nie mało – to czemu nie spróbować ?

Ponieważ pozyskałem niedawno akumulator, który został wymontowany z samochodu jakiś czas temu, postanowiłem sprawdzić na jego przykładzie ile i czy w ogóle można coś zyskać. Pacjentem w tej operacji będzie akumulator Exide Premium, model EA472 o pojemności 47Ah i prądzie rozruchowym 350A.

Czytaj dalej Odświeżanie akumulatora

Rezystancja wewnętrzna akumulatora

Pomiar rezystancji wewnętrznej akumulatora pozwala na ocenę sprawności akumulatora, natomiast nie jest jej wyznacznikiem. Jest to jeden ze sposobów – oprócz pomiaru pojemności, gęstości elektrolitu, pomiaru napięcia pod dużym obciążeniem – pozwalający w pewnym stopniu stwierdzić, w jakim stanie jest akumulator.

Większość testerów akumulatorów, opiera swoje obliczenia właśnie na podstawie pomiaru rezystancji wewnętrznej. Na wartość tej rezystancji, ma wpływ przede wszystkim powierzchnia czynna płyt, dlatego też akumulatory o większej pojemności posiadają mniejszą rezystancję wewnętrzną, a akumulatory o mniejszej pojemności – większą rezystancję.

Prócz tego, wpływ na rezystancję ma również stopień naładowania – czyli gęstość elektrolitu – w przypadku akumulatorów z płynnym elektrolitem – im mniejsza gęstość, tym rezystancja większa. Wzrost rezystancji wewnętrznej w stosunku do stopnia naładowania można zaobserwować w artykule „Wpływ stanu naładowania na parametry akumulatora”.

Żeby tego było mało – wpływ na rezystancję ma również temperatura elektrolitu – można to zaobserwować w doświadczeniu w którym porównywałem parametry tego samego akumulatora w temperaturze 0oC i 22oC.

Skoro wiemy że rezystancja wewnętrzna jest odwrotnie proporcjonalna do pojemności – można za pomocą jej pomiaru oszacować stan naładowania oraz powierzchnię czynną płyt – a wiadomo że ta z wiekiem maleje. Z dużą ostrożnością – można przyjąć następujące pojemności przy zmierzonej rezystancji wewnętrznej za pomocą testerów akumulatorów.

Czytaj dalej Rezystancja wewnętrzna akumulatora

Jak długo ładować akumulator

Poszukując informacji na temat czasu trwania ładowania akumulatorów kwasowo-ołowiowych, natknąłem się na wiele sposobów określenia – czy właściwie sposobów oszacowania – kiedy możemy zakończyć ładowanie.

Oczywiście posiadając dostęp do elektrolitu sprawa jest banalnie prosta – ładujemy tak długo, aż elektrolit osiągnie gęstość rzędu 1,28g/cm3 – uwzględniając jego temperaturę. Problem pojawia się gdy chcemy naładować akumulator bez dostępu do elektrolitu, jak najbardziej można sobie umożliwić ten dostęp różnymi sposobami – czy to poprzez wykonanie otworu, czy usunięciu „magicznego oczka” o ile w ogóle jest. Jednak gdy akumulator jest na gwarancji, takie czynności mogą się wiązać z jej utratą, poza tym może ktoś po prostu nie chce sobie „dziurawić” akumulatora.

Wracając więc do meritum, oto kilka najpopularniejszych teorii które znalazłem, dotyczących określenia momentu zakończenia procesu ładowania:

  • akumulator należy ładować prądem 0,1C przez czas 10 godzin
  • akumulator należy uznać za naładowany, jeżeli prąd ładowania spadnie poniżej 0,02C pojemności
  • ze względu na sprawność akumulatora, należy do niego wprowadzić 110-120% pojemności

Nie posiadając dostępu do elektrolitu, mamy wcale nie takie łatwe zadanie, ponieważ nie wiemy w jakim stopniu jest rozładowany akumulator który chcemy naładować, ani jak długo mamy go ładować, a założenia są takie, że niezależnie od stopnia rozładowania naładujemy akumulator w pełni.

Czytaj dalej Jak długo ładować akumulator

Kompensacja napięcia względem temperatury

Wprawdzie już kiedyś wspominałem na temat kompensacji napięcia względem temperatury w artykule dotyczącym ładowania akumulatorów, ale postanowiłem temat trochę rozwinąć i poprzeć krótkim doświadczeniem.

O co chodzi z kompensacją napięcia – otóż teoria głosi, że w przypadku ładowania akumulatorów, napięcie należy dostosować do temperatury elektrolitu. Punktem odniesienia jest temperatura 25oC – w związku z tym, jeżeli temperatura jest niższa niż 25oC – należy podnieść napięcie, natomiast jeżeli temperatura jest wyższa niż 25oC powinniśmy obniżyć napięcie.

Pytanie zasadnicze oczywiście jest takie, o ile należy podnieść bądź obniżyć napięcie – jedne źródła podają wartość 3mV, inne 3,3mV na celę, przy różnicy 1oC. Wartość ta byłaby pomijalna, jednak w przypadku akumulatora 12V mamy do czynienia z 6 celami. Jeżeli więc pomnożymy wartość 0,003V * 6 to wyjdzie nam już 0,018V. Ale ciągle mówimy o wartości napięcia dla 1oC.

Jeżeli jednak ładujemy akumulator w temperaturze 0oC – a to przecież nie tak rzadko się zdarza – to różnica temperatur względem temperatury odniesienia wynosi 25oC. Jeżeli więc znowu pomnożymy wartość 0,018V * 25 to nam wyjdzie wartość 0,45V o które należałoby podnieść napięcie ładowania.

Czytaj dalej Kompensacja napięcia względem temperatury

Wpływ temperatury na parametry akumulatora

Zależność pojemności akumulatora od temperatury nie jest żadnym nowym odkryciem – to że pojemność spada wraz ze spadkiem temperatury powinien wiedzieć każdy, bo nie dotyczy to jedynie akumulatorów kwasowo-ołowiowych.

Spadek pojemności w zależności od temperatury prezentuje poniższy wykres:

Spadek pojemności względem temperatury

Czytając różne publikacje na temat wpływu temperatur, większość koncentruje się na pojemności akumulatora. Mnie jednak zastanawiało jak wyglądają pozostałe parametry akumulatora – ponieważ wraz ze spadkiem pojemności powinien spadać prąd rozruchowy, a co za tym idzie spadek napięcia podczas obciążenia.

Dlatego postawiłem przeprowadzić doświadczenie polegające na pomiarze:

  • gęstości elektrolitu
  • sprawności
  • rezystancji wewnętrznej
  • prądu rozruchowego
  • spadku napięcia podczas obciążenia
  • pojemności

w temperaturze 0oC oraz temperaturze 22oC.

Czytaj dalej Wpływ temperatury na parametry akumulatora

Ładowanie odsiarczające

Jakiś czas temu opisywałem prosty układ do impulsowego ładowania odsiarczającego. Korzystając z okazji że trafił mi się właśnie akumulator dość mocno zasiarczony, postanowiłem przetestować układ.

Jak się zachowuje zasiarczony akumulator – po podłączeniu do prostownika lub ładowarki – w pierwszej fazie płynie dość niewielki prąd i wzrasta z czasem. Jeżeli mamy dostęp do elektrolitu to czasami można nawet zauważyć to gołym okiem

Zasiarczone płyty akumulatora

Jak można zauważyć na zdjęciu powyżej – na płytach osadził się specyficzny biały nalot – to właśnie siarczan ołowiu który powoduje spadek wydajności akumulatora.

Czytaj dalej Ładowanie odsiarczające

Twierdzenie Peukerta w praktyce

Jakiś czas temu, we wpisie dotyczącym obliczania pojemności akumulatora, opisywałem twierdzenie Peukerta, dzięki któremu można oszacować pojemność przy konkretnym obciążeniu.

Postanowiłem sprawdzić jak teoria wygląda w praktyce i dokonałem kilkukrotnego rozładowania akumulatora różnym obciążeniem. Aby szybciej wykonać to doświadczenie, wykorzystałem jeden z moich akumulatorów żelowych o pojemności 7,2Ah.

Powiązane wpisy

Akumulator niestety swoje lata świetności ma już z sobą, ale do w/w celów na pewno się nada. Jest to kilkuletni akumulator firmy Kung Long, który był zamontowany w małym UPS’ie. Wszystkie pomiary zostały dokonane w temperaturze 9oC.

Czytaj dalej Twierdzenie Peukerta w praktyce

Efektywne ładowanie akumulatora

Wprawdzie o samym procesie ładowania oraz o oszacowaniu stanu naładowania akumulatora pisałem już w moich rozważaniach, ale ponieważ bardzo często ładuję i rozładowuję różne akumulatory – tym razem chciałbym się zająć kwestią przeprowadzenia efektywnego ładowania.

Trzeba sobie na początku odpowiedzieć na pytanie,  co to jest to efektywne ładowanie. W moim odczuciu, to takie ładowanie które:

  • nie powoduje nadmiernego wzrostu temperatury
  • zajmuje stosunkowo niewiele czasu
  • nie jest szkodliwe dla akumulatora
  • zapewni pełne naładowanie akumulatora – odbudowując zarówno parametry elektryczne jak i chemiczne

Dla przypomnienia, wymienię najpopularniejsze metody ładowania:

  • ładowanie jednostopniowe – stałym prądem 0,1C
  • ładowanie dwustopniowe – stałym prądem 0,1C do oznak gazowania, a następnie prądem 0,05C
  • ładowanie stałym napięciem
  • ładowanie odsiarczające – stałym prądem na poziomie 0,02-0,05C

W przypadku akumulatorów żelowych czy AGM w sumie nie ma większej filozofii – wystarczy zastosować ładowanie jednostopniowe – stałym prądem na poziomie 0,1C i takie ładowanie naprawdę się sprawdza. Mało tego – producenci akumulatorów zazwyczaj dopuszczają maksymalny prąd ładowania na poziomie 0,3C – i nawet w przypadku ładowania takich akumulatorów maksymalnym prądem, nie występuje nadmierny wzrost temperatury.

Czytaj dalej Efektywne ładowanie akumulatora

Odsiarczanie akumulatora – metodą wymiany elektrolitu

Od pewnego czasu obserwuję spadek pojemności swojego akumulatora podczas moich doświadczeń. Wprawdzie 40Ah udało mi się uzyskać podczas rozładowywania przerywanego, jednak podczas kolejnych testów pomiar pojemności wykazał 34Ah a w chwili obecnej nie przekracza progu 25Ah. Jak na akumulator o pojemności 55Ah to zdecydowanie za mało, nawet na testy.

Niestety akumulatory kwasowo-ołowiowe z płynnym elektrolitem, nie szczególnie nadają się do pracy cyklicznej – ciągłego rozładowania i ładowania. Poza tym często podczas poprzednich badań zostawiałem go całkowicie rozładowany przez kilka dni. Jeżeli dodać do tego jeszcze fakt, że akumulator zanim znalazł się w moich rękach, stał bardzo długo rozładowany, można podejrzewać że jest zasiarczony.

Czy mamy do czynienia z zasiarczonym akumulatorem można wywnioskować również podczas procesu ładowania – gdy prąd zamiast spadać – rośnie po pewnym czasie. Ponadto w moim przypadku zaobserwowałem jeszcze inną rzecz – gęstość elektrolitu podczas rozładowania prądem 20-godzinnym nie spada do poziomu 1,14-1,15g/cm3 jak to ma zazwyczaj miejsce, a spada jedynie do poziomu 1,18-1,20g/cm3.

Podobnie wygląda sytuacja podczas ładowania – osiągnięcie gęstość elektrolitu na poziomie 1,28g/cm3 jest bardzo czasochłonne a w niektórych przypadkach wręcz niemożliwe. Postanowiłem więc, że skoro i tak akumulator służy przede wszystkim do testów – spróbuję metody odsiarczania za pomocą wymiany elektrolitu.

Trzeba od razu zaznaczyć – że proces ten może przynieść korzyści, jedynie w przypadku gdy mamy do czynienia z czystym elektrolitem. Szare lub brązowe zabarwienie elektrolitu zazwyczaj świadczy o wypadzie masy czynnej i wymiana elektrolitu nie przyniesie żadnych korzyści.

Jeżeli ładowanie odsiarczające nie przyniesie wymiernych korzyści – można spróbować odsiarczenia akumulatora metodą wymiany elektrolitu

Powiązane wpisy

Czytaj dalej Odsiarczanie akumulatora – metodą wymiany elektrolitu