eurobat - EnerSys-Hawker

EUROBAT
PRZEWODNIK
E U R O B A T
DLA BATERII
TRAKCYJNYCH
VRLA

EUROBAT, Association of European Storage Battery
Manufacturers (Stowarzyszenie europejskich producentów
baterii akumulatorowych) obejmuje 36 sta¢ych i
stowarzyszonych firm cz¢onkowskich i reprezentuje ponad 85%
przemys¢u bateryjnego w Europie. Dzia¢a jako zjednoczony
organ i ród¢o odniesienia, promujåc interesy europejskiego
przemys¢u starterów i baterii przemys¢owych wÿród klientów
instytucji UE i rzådów narodowych.
© Kopiowanie danych zawartych w tym raporcie jest zabronione,
chyba ¯e uzyskano autoryzacjë od EUROBAT.
(Eurobat 2003).

Przedmowa
Przedmowa
Ten przewodnik Eurobat ma na celu zwiëkszanie ÿwiadomoÿci,
zrozumienia i wykorzystania trakcyjnych baterii kwasowych z regulowanym
zaworem (VRLA).
Eurobat zamówi¢ tå publikacjë jako dokument ród¢owy do wykorzystania
w instytucjach edukacyjnych.
Jakkolwiek, mo¯e ona tak¯e s¢u¯yç informacjå dla ”u¯ytkownika”
baterii trakcyjnych o ich przygotowaniu i specyfikacji zakupu.
W publikacji czytelnik znajdzie odniesienie do technologii, badaæ i norm
oraz aspektów operacyjnych.
Dalsze odnoÿniki mo¯na znaleç na stronie internetowej www.eurobat.org
Dr Albrecht Leuschner
Prezes EUROBAT
1

2
P R Z E W O D N I K E U R O B A T D L A B A T E R I I T R A K C Y J N Y C H V R L A
Informacje
Informacje
ogólne
ogólne
Trakcyjne baterie kwasowe z regulowanym zaworem (VRLA) wykorzystujåce ogniwa
lub monobloki nie wymagajå konserwacji w zakresie uzupe¢niania wodå podczas ich
okresu u¯ytkowania. W porównaniu z ich odpowiednikami zalewanymi elektrolitem,
podczas normalnego dzia¢ania, wodór i tlen så produkowane w bardzo ma¢ych iloÿciach
i så odprowadzane przez zawór jednokierunkowy, który zapobiega przedostaniu sië
powietrza. Budowa ta pozwala wyeliminowaç ryzyko zanieczyszczenia obszaru
roboczego ÿladami elektrolitu kwasowego i zapobiegaç akumulacji wodoru w miejscu
¢adowania, wiëc nie jest potrzebna dodatkowa wentylacja. Przy bardziej wydajnych
technikach ¢adowania koszty energii elektrycznej przy ¢adowaniu baterii trakcyjnych
VRLA så zwykle mniejsze ni¯ koszty dla tradycyjnych baterii zalewanych elektrolitem,
wymagajåcych standardowej konserwacji.
Baterie trakcyjne VRLA wymagajå dodatkowych i dro¯szych elementów, materia¢ów i
procesu technologicznego. W celu uzyskania w¢aÿciwego okresu u¯ytkowania
optymalne ¢adowanie wymaga elektronicznie sterowanego prådu ¢adowania ze
sterowaniem jego algorytmu, które jest bardziej skomplikowane ni¯ przy bateriach
zalewanych elektrolitem. Stosowane så ró¯ne technologie VRLA i posiadajå ró¯ne
sposoby zoptymalizowanego ¢adowania; mo¯e nie byç mo¯liwe na¢adowanie baterii o
tym samym napiëciu i podobnej pojemnoÿci na tej samej ¢adowarce, je¯eli baterie
pochodzå od ró¯nych producentów i wykorzystujå ró¯ne technologie. Koszty produkcji
baterii trakcyjnych VRLA i ich ¢adowarek så wiëksze ni¯ koszty dla produktów
zalewanych elektrolitem.
Dla niektórych zastosowaæ, szczególnie dla cië¯kich warunków pracy lub gdzie
dominuje niska temperatura podczas ponownego ¢adowania, okres u¯ytkowania baterii
trakcyjnych VRLA mo¯e zostaç zredukowany. Dla uzyskania w¢aÿciwego okresu
u¯ytkowania zastosowanie baterii powinno zostaç omówione z producentem baterii i
zalecenia producenta baterii trakcyjnych VRLA powinny byç przestrzegane.
Technologia
Technologia
Efektywnoÿç ¢adowania p¢yt dodatnich i ujemnych ogniwa kwasowego spada, gdy
proces ¢adowania zbli¯a sië do koæca. Wzrastajåcej polaryzacji napiëcia towarzyszy
rozk¢ad wody w równoleg¢ych reakcjach elektrochemicznych produkujåcych tlen na
p¢ytach dodatnich i wodór na p¢ytach ujemnych. Zwykle spadek efektywnoÿci
¢adowania i przejÿcie do reakcji gazowania jest wczeÿniejsze i o wiëkszych rozmiarach
na p¢ycie dodatniej ni¯ na p¢ycie ujemnej. Kwas siarkowy elektrolitu jest substratem
reakcji w baterii kwasowej. Jest zu¯ywany podczas roz¢adowania, a gëstoÿç elektrolitu
sië zmniejsza. Kwas siarkowy, który jest produkowany podczas ponownego
¢adowania, jest relatywnie gësty i oddziela sië, pod wp¢ywem cië¯koÿci, na dnie
ogniwa. Je¯eli elektrolit nie zostanie wymieszany, stë¯enie kwasu siarkowego na dnie
ogniwa bëdzie zbyt wysokie dla efektywnego ¢adowania i utrzymania w¢aÿciwego stanu
ogniwa, a na górze ogniwa znajdzie sië kwas siarkowy o niewystarczajåcym stë¯eniu
do wspomagania procesu roz¢adowania w górnych warstwach materia¢u aktywnego.

P R Z E W O D N I K E U R O B A T D L A B A T E R I I T R A K C Y J N Y C H V R L A
Automatyczne uzupe¢nianie wodå+
Mieszanie elektrolitu+
Kontrolowane prze¢adowanie+
Budowa elektrochemiczna
Automatyczne systemy
uzupe¢niania wodå
Tradycyjne baterie zalewane
Zmniejszenie konserwacij Baterie trakcyjne z regulowanym zaworem
“Rozwarstwienie” elektrolitu jest terminem u¯ywanym do okreÿlenia gradientu gëstoÿci
elektrolitu, który nie jest zak¢ócany przez regularny proces ¢adowania.
W bateriach kwasowych zalewanych elektrolitem prze¢adowanie musi byç wystarczajåce,
aby zakoæczyç ¢adowanie p¢yt dodatnich i ujemnych oraz aby wymieszaç elektrolit z
pëcherzykami wodoru i tlenu. Zawartoÿç wody w elektrolicie musi byç utrzymana przez
okresowe uzupe¢nianie.
Niedogodnoÿç okresowego uzupe¢niania wodå kwasowych baterii trakcyjnych
zalewanych elektrolitem jest z powodzeniem redukowana przez stosowanie
automatycznego centralnego systemu uzupe¢niania wodå.
Zu¯ycie wody i czëstotliwoÿç konserwacji w zakresie uzupe¢niania wodå zalewanych
elektrolitem kwasowych baterii trakcyjnych så zredukowane, ale nie wyeliminowane
dla baterii wymagajåcych niewielkiej konserwacji, w których wykorzystano ogniwa o
ulepszonej budowie elektrochemicznej.
Rozwarstwienie elektrolitu jest sterowane albo przez zastosowanie czëÿciowego
prze¢adowania w wielkoÿci zoptymalizowanej do mieszania gazowego elektrolitu lub
przez wykorzystanie pompy mieszajåcej elektrolit. Pod warunkiem, ¯e elektrolit jest
zmieszany, pojemnoÿç baterii mo¯e zostaç podtrzymana przy ni¯szym stopniu
prze¢adowania na cykl, co jest osiågane przez modyfikacjë algorytmu zakoæczenia
procesu ¢adowania. Wtedy koszt energii elektrycznej i zu¯ycie wody så zredukowane.
W bateriach VRLA rozdzielenie gëstoÿci elektrolitu, które
prowadzi do rozwarstwienia elektrolitu jest kontrolowane
przez unieruchomienie elektrolitu, albo w formie ¯elu,
albo w p¢ytowych separatorach z absorpcyjnego
Baterie
AGM / elowe mikrow¢ókna szklanego (absorptive glass microfibre
–AGM). Niepotrzebne jest mieszanie elektrolitu. Rodzaje
produktów baterii trakcyjnych VRLA “¯elowe” lub “AGM”
posiadajå charakterystyki ró¯niåce sië, szczególnie pod
wzglëdem techniki ¢adowania.
Baterie VRLA nie så ca¢kowicie nasycone elektrolitem,
wiëc tlen produkowany na p¢ytach dodatnich, gdy ich
¢adowanie zbli¯a sië do koæca, mo¯e rozproszyç sië i
reagowaç z p¢ytå ujemnå, opóniajåc ponowne
¢adowanie bardziej wydajnej elektrody. Wiëc przy
odpowiednich warunkach ¢adowania mo¯liwe jest zrównowa¯enie ¢adowania p¢yt
dodatnich i ujemnych stosunkowo niewielkim prze¢adowaniem. W obiegu tlenu, tlen
podczas prze¢adowania reaguje z p¢ytå ujemnå i zapobiega równowa¯nej produkcji
wodoru. Typowe wydzielanie gazu i utrata wody z baterii VRLA wynosi mniej ni¯ 1%
równowartoÿci prze¢adowania.
Przy braku rozwarstwienia elektrolitu konieczne jest ni¯sze prze¢adowanie na cykl dla
baterii trakcyjnych VRLA i dziëki obiegowi tlenu utrata wody i wydzielanie gazu så
znacznie eliminowane.
Materia¢y o niskim zanieczyszczeniu i stopy bezantymonowe stosowane do
wytwarzania baterii przyczyniajå sië do d¢ugiego okresu u¯ytkowania baterii
trakcyjnych VRLA bez konserwacji w zakresie uzupe¢niania wodå.
Baterie zalewane Baterie VRLA
3

4
P R Z E W O D N I K E U R O B A T D L A B A T E R I I T R A K C Y J N Y C H V R L A
Badania
Badania
i normy
i normy
Dzia¢anie
Dzia¢anie
Do baterii trakcyjnych VRLA stosuje sië normë IEC 60254-1 (1997) “Kwasowe baterie
trakcyjne”.
Pojemnoÿç roz¢adowania jest okreÿlona przy piëciogodzinnym okresie roz¢adowania
zmierzonym lub skorygowanym do temperatury ogniwa lub baterii 30°C. Testowy pråd
wy¢adowania 20A na 100 Ah pojemnoÿci nominalnej jest utrzymany a¯ ÿrednie
napiëcie ogniwa spadnie do 1,70V.
Okres u¯ytkowania okreÿla sië podczas cyklów 70%-roz¢adowania przy 20A / 100 Ah
przez 3,5 godziny i ponownego ¢adowania zgodnie z zaleceniami producenta. Podczas
tych cyklów temperatura ogniwa powinna znaleç sië w zakresie 33 do 43°C.
Cykl próby d¢ugotrwa¢oÿci zostaje zakoæczony, kiedy w okresowym pomiarze
roz¢adowania, dostëpna pojemnoÿç spada poni¯ej 80% nominalnej. W tej próbie
powinna zostaç uzyskana liczba cyklów równa przynajmniej liczbie okreÿlonej przez
producenta.
Dla tradycyjnych kwasowych baterii trakcyjnych zalewanych elektrolitem cykle så
okreÿlane przy 75%-roz¢adowaniu, przy 25A na 100 Ah, a¯ zmierzona pojemnoÿç
spadnie poni¯ej 80% nominalnej.
Konserwacja
Baterie trakcyjne VRLA nie wymagajå uzupe¢niania elektrolitu wodå. Wyeliminowane
jest ryzyko rozlania, unika sië wiëc up¢ywu prådu lub korozji baterii, obudowy baterii,
pojazdu lub miejsca ¢adowania.
·adowanie
·adowarki dla baterii AGM lub ¯elowych ró¯niå sië w zale¯noÿci od rodzaju
zastosowanej technologii. Efekt rekombinacji gazu, który praktycznie eliminuje utratë
wody w formie wodoru i tlenu, wp¢ywa na skutecznoçÿ napiëciowå ¢adowania. Wp¢ywa
to na algorytm ¢adowania, sposób, w który pråd jest dostarczany do baterii i ró¯ne
sterowania zabezpieczeæ, które powinny zostaç zastosowane. Elektronicznie
sterowane ¢adowarki så u¯ywane z bateriami trakcyjnymi VRLA, wiëc okreÿlony profil
¢adowania i algorytmy jego zakoæczenia så realizowane niezale¯nie od wahaæ sieci
zasilajåcej. ·adowanie musi byç dostosowane do zaleceæ lub specyfikacji producenta
baterii.
Temperatura ma wp¢yw na ¢adowanie: im wy¯sza temperatura tym ni¯sza skutecznoÿç
napiëciowa prådu. Kompensacja ¢adowania w odniesieniu do temperatury baterii mo¯e
pomóc przezwycië¯yç ten efekt. Przy dzia¢aniu w niskich temperaturach (ch¢odnie)
nale¯y skonsultowaç sië z producentem baterii.
Chocia¯ istnieje mo¯liwoÿç ¢adowania baterii zastosowanych w wy¯szych temperaturach
roboczych, ¢adowanie to mo¯e byç odpowiednie do niektórych zastosowaæ, ale dla

P R Z E W O D N I K E U R O B A T D L A B A T E R I I T R A K C Y J N Y C H V R L A
% % g¢ëbokoÿci depth of discharge roz¢adowania % % of pojemnoÿci C5 capacity C5
120%
100%
80%
60%
40%
20%
zachowania optymalnego okresu u¯ytkowania, mo¯e wymagaç specjalnego profilu
¢adowania dla uzyskania pe¢nego na¢adowania. W celu uzyskania szczegó¢owych
wskazówek nale¯y skonsultowaç sië z producentem baterii.
Temperatura robocza
Nominalna pojemnoÿç jest okreÿlona dla temperatury baterii równej 30°C.
Jak przedstawiono na rysunku, temperatura wp¢ywa na dostëpnå pojemnoÿç, która
jest znacznie zmniejszona przy niskich
temperaturach. Okres u¯ytkowania jest
Dostëpna Capacity pojemnoÿç available at different dla baterii
skracany przy pracy w wysokiej
VRLA temperatures przy ró¯nych for VRLA temperaturach
batteries
temperaturze, a efektywnoÿç ¢adowania
Idealna Ideal operating temperatura temperature robocza
jest zmniejszana przy niskich temperaturach.
Dopuszczalna Acceptable operating temperatura temperature robocza
Skonsultowaç Refer to manufacturer sië z producentem before using przed in u¯ywaniem these temperatures
w tych temperaturach
Temperatura baterii jest uzale¯niona od
warunków roz¢adowania i wielkoÿci baterii,
a tak¯e od temperatury otoczenia.
Dla zastosowaæ, gdzie temperatura
otoczenia znajduje sië poza wskazanym
dopuszczalnym zakresem, nale¯y
skonsultowaç sië z producentem baterii.
0%
-20°C -10°C 0°C 10°C 20°C 30° 40°C 45°C
Temperature Temperatura
80%
70%
60%
50%
40%
30%
Okres u¯ytkowania i gëbokoÿç roz¢adowania
Zwiåzek pomiëdzy okresem u¯ytkowania i gëbokoÿciå roz¢adowania zosta¢
przedstawiony na rysunku. Inaczej ni¯ w przypadku zalewanych kwasowych baterii
trakcyjnych, u których mo¯na osiågnåç w¢aÿciwy okres u¯ytkowania ograniczajåc
gëbokoÿç roz¢adowania do 80% nominalnego poziomu. ˜ywotnoÿç baterii
trakcyjnych VRLA zasadniczo zyskuje
dziëki ograniczeniom do 70% gëbokoÿci
Wp¢yw Effect g¢ëbokoÿci of depth of discharge roz¢adowania
na okres on battery u¯ytkowania cycle life baterii
roz¢adowania. Instalacja hydraulicznego
odciëcia lub miernika roz¢adowania baterii
mo¯e byç niezbëdna dla uzyskania
optymalnego okresu u¯ytkowania. W celu
uzyskania informacji dotyczåcej ustawienia
tego typu urzådzenia lub ogólnych
wskazówek dotyczåcych wyd¢u¯enia
okresu u¯ytkowania, “U¯ytkownik” powinien
kierowaç sië instrukcjå obs¢ugi
okres service u¯ytkowania life
producentów baterii. Informacjë na ten
temat mo¯na tak¯e znaleç w pracy ZVEI
“Czynniki wp¢ywajåce na ¯ywotnoÿç baterii
trakcyjnych”.
100% 120% 140% 160% 180% 200%
5

EUROBAT
Association of European Storage
Battery Manufacturers
(Stowarzyszenie europejskich producentów
baterii akumulatorowych)
Avenue Marcel Thiry 204
1200 Bruksela
Belgia
Tel : +32 2 774 9653
Fax: +32 2 774 9690
Email: eurobat@eyam.be
www.eurobat.org