La stessa corrente di mantenimento, anche con una tensione di mantenimento ottimale della batteria, potrebbe non essere sufficiente per mantenere tutte le celle della batteria completamente cariche. Ciò è dovuto alle differenze nell'autoscarica delle singole cellule.

Per portare tutte le celle della batteria in uno stato completamente carico e prevenire la solfatazione degli elettrodi, è necessario eseguire cariche di equalizzazione con una tensione di 2,30–2,35 V per cella fino a raggiungere un valore costante di densità dell'elettrolito in tutte le celle 1,20–1,21 g/cm3 ad una temperatura di 20 °C. Una carica di equalizzazione viene eseguita secondo il programma. Il lavoratore responsabile del funzionamento della batteria dovrebbe effettuare una carica di equalizzazione della batteria.

Per le batterie di marca, la necessità, la frequenza e le condizioni per l'esecuzione delle cariche di equalizzazione sono determinate in base alla documentazione tecnica dei fornitori o dei produttori.

La frequenza delle cariche di equalizzazione e la loro durata dipendono dallo stato della batteria e dovrebbero essere almeno una volta all'anno con una durata di almeno 6 ore. Su quelle batterie dove, in base alle condizioni di funzionamento dell'impianto elettrico, la tensione di carica può essere mantenuta solo al livello di 2,15 V per cella, le cariche di equalizzazione devono essere effettuate trimestralmente

Se durante il controllo la deviazione della tensione sull'AE supera il valore medio di ±0,05 V, è necessario controllare ulteriormente la densità dell'elettrolita in questa cella (e correggerla se necessario). Se nella batteria sono presenti singole celle con bassa tensione e bassa densità dell'elettrolito (batterie in ritardo), è necessario eseguire una carica di equalizzazione aggiuntiva da un dispositivo raddrizzatore separato.

Viene eseguita una carica di equalizzazione senza mettere fuori servizio la batteria. Il caricabatteria viene acceso secondo lo schema di carica per tutti gli elementi (principale e terminale). La tensione nominale sulle sbarre CC viene mantenuta commutando le sbarre di controllo nella posizione del 100° elemento. Per equalizzare la corrente di carica, è necessario collegare una resistenza di scarica aggiuntiva tra 100m e l'ultimo elemento (RH1).

Nel caso in cui la batteria abbia elementi aggiuntivi, è necessario collegare in parallelo a questi elementi una resistenza di scarica aggiuntiva (Rн2).È possibile utilizzare una resistenza regolabile, normalmente collegata tra 108-120 el., che, quando carica di equalizzazione, è collegato a 100 - 120 e-mail

Cifra di controllo AB

La scarica di controllo della batteria sul PS viene effettuata al fine di determinarne la capacità effettiva con una corrente di 10 o 3 ore di scarica. La decisione di condurre uno scarico di controllo viene presa dopo aver analizzato le sue condizioni e prestazioni in base ai risultati delle ispezioni, il controllo con la corrente di spunto, la presenza di un numero significativo di elementi in ritardo e la presenza di ragioni inspiegabili per la mancata accensione del circuito dell'olio interruttori. La scarica di controllo viene eseguita dal responsabile del funzionamento della batteria, se esiste un'applicazione autorizzata e secondo il programma approvato dal capo ingegnere del MES.

Prima della scarica di controllo dell'AB, è necessario effettuare una carica di equalizzazione dell'AB. Prima dell'inizio della scarica, è necessario registrare la data della scarica, la tensione, la densità dell'elettrolita di ciascun AE e la temperatura nelle celle di controllo.

La profondità di scarica deve essere rigorosamente controllata da due parametri: tensione e densità dell'elettrolita. Se la scarica di controllo viene eseguita con una corrente di una modalità di scarica di 3 o 10 ore, in questo caso la scarica dovrebbe interrompersi quando almeno un elemento raggiunge una tensione di 1,8 V. Quando scarica con correnti basse, la scarica dovrebbe interrompersi :

Quando la tensione scende a 1,8 V almeno su un elemento;

quando la densità dell'elettrolita diminuisce a c = 1,15 g/cm3 (di 0,03-0,05 g/cm3 rispetto alla densità iniziale all'inizio della scarica)

· quando si rimuove la capacità nominale della modalità di scarica di 10 ore.

Durante la scarica, non è consentito sottrarre alla batteria una capacità superiore a quella garantita per una data modalità di scarica. Durante la scarica sugli AE di controllo e in ritardo, la temperatura e la densità dell'elettrolita devono essere misurate secondo la tabella n. 2.

Tabella n. 2 Il volume delle misurazioni necessarie durante la scarica della batteria

Al termine della scarica su tutte le celle della batteria, è necessario misurare e registrare la tensione, la temperatura e la densità dell'elettrolita, nonché la tensione tra i poli della batteria e tra ciascun polo e la "massa". Raccogliere campioni di elettroliti dalle celle di controllo per l'analisi chimica e controllare il contenuto di impurità nell'elettrolita. Dopo il primo anno di funzionamento, l'analisi dell'elettrolito deve essere eseguita da tutte le celle della batteria.

Il valore della corrente di scarica deve essere sempre lo stesso I risultati delle misurazioni durante le scariche di controllo devono essere confrontati con i risultati delle misurazioni delle scariche precedenti. I loro valori non dovrebbero differire di oltre il 10%.

Se durante la scarica di controllo si scopre che la capacità della batteria è significativamente diversa da quella nominale, è necessario verificare la capacità degli elettrodi utilizzando un elettrodo al cadmio e, in base ai risultati del test, delineare le misure da ripristinare la capacità della batteria.

marzo 2016

Come sapete, il funzionamento di una batteria al piombo si basa sul verificarsi di una differenza di potenziale tra due elettrodi immersi in un elettrolita. Il principio attivo del catodo negativo è il piombo puro e il principio attivo dell'anodo positivo è il biossido di piombo. Le batterie prodotte utilizzando diverse tecnologie possono essere utilizzate nei sistemi di alimentazione di riserva e autonomi: sfuse servite, gel sigillato o AGM. Indipendentemente dalla tecnologia, i processi chimici che avvengono nelle batterie al piombo sono simili:

Durante la scarica, una corrente elettrica passa attraverso le piastre e le piastre sono ricoperte di ossido solforico (solfato) di piombo. Il solfato di piombo si deposita sulle piastre sotto forma di un rivestimento poroso. Durante la carica, si verifica la reazione inversa della riduzione della sostanza attiva, il piombo puro si accumula sulle piastre negative e su quelle positive si accumula una massa porosa di ossido di piombo. Sfortunatamente, il pieno recupero della sostanza attiva in ogni nuovo ciclo di scarica-carica è impossibile.. Durante il funzionamento si verifica inevitabilmente il cosiddetto invecchiamento della batteria, ovvero una graduale perdita di capacità - fino al limite operativo consentito, solitamente assunto per ridurre la capacità al 60% dell'originale. In condizioni ideali, la durata effettiva della batteria in modalità tampone può avvicinarsi al valore nominale.

Il processo di invecchiamento di una batteria può essere notevolmente accelerato dai seguenti processi distruttivi:

• Solfatazione di lastre;
• Corrosione della placca e distacco della massa attiva;
• Evaporazione dell'elettrolita o la cosiddetta "essiccazione" della batteria;
• Stratificazione dell'elettrolita (caratteristica solo per batterie bulk).

Solfatazione a piastre

Quando la batteria è scarica, la massa attiva sciolta si trasforma in microcristalli solidi di solfato di piombo. Se la batteria non viene caricata per molto tempo, i microcristalli diventano più grandi, la placca si ispessisce e blocca l'accesso dell'elettrolito alle piastre, rendendo impossibile la ricarica della batteria. Fattori che aumentano il rischio di solfatazione: conservazione a lungo termine in uno stato di scarico; sottocarica cronica della batteria in modalità ciclica (è richiesta una carica del 100% almeno una volta al mese); scarica estremamente profonda della batteria. La solfatazione delle piastre può essere parzialmente eliminata mediante speciali modalità di ricarica della batteria.

Corrosione e spargimento del principio attivo

Durante la corrosione, il piombo puro del reticolo delle lastre, interagendo con l'acqua, viene ossidato in ossido di piombo. L'ossido di piombo conduce la corrente elettrica peggio della sostanza attiva della piastra diffusa, aumenta la resistenza interna e riduce la resistenza della batteria alle elevate correnti di scarica. Sulle piastre positive, la corrosione indebolisce l'adesione della griglia alla sostanza attiva. Inoltre, il principio attivo della piastra positiva stessa perde gradualmente la sua forza. Ad ogni ciclo, lo strato di diffusione della lastra cambia il suo stato dalla massa volumica dei microcristalli di ossido di piombo alla struttura cristallina rigida del solfato di piombo. L'alternanza di compressione ed espansione riduce la resistenza fisica dello strato di diffusione, che, in combinazione con l'indebolimento dell'adesione, porta allo scorrimento e allo spargimento del principio attivo sul fondo della batteria. La corrosione e l'accumulo di materiale attivo esfoliato possono causare la deformazione delle piastre della batteria e, nel peggiore dei casi, il cortocircuito.

Fattori che aumentano il rischio di corrosione e dispersione della massa attiva:

• caricare una tensione troppo alta;
• carica con corrente insufficiente, ovvero una lunga permanenza sotto alta tensione nella fase di riempimento;
• troppo tempo in fase di assorbimento (“ricarica”);
• carica della batteria troppo alta corrente;
• scarica accelerata della batteria con troppa corrente.

Lo spargimento (scivolamento) della massa attiva dell'elettrolita è un fenomeno irreversibile. La conseguenza più pericolosa dello scorrimento della massa attiva è la chiusura delle piastre.

Evaporazione dell'elettrolito

Quando la piastra positiva della batteria è scarica, dall'acqua si forma ossigeno. In normali condizioni di carica del galleggiante, l'ossigeno si ricombina sulla piastra negativa della batteria con l'idrogeno, ripristinando la quantità originale di acqua nell'elettrolita. Ma la diffusione dell'ossigeno nel separatore è difficile, quindi il processo di ricombinazione non può essere efficiente al 100%. La riduzione della proporzione di acqua modifica le caratteristiche di carica della batteria e, ad una certa soglia, rende la carica completamente impossibile. Fattori che aumentano il rischio di "prosciugare la batteria": funzionamento ad alta temperatura ambiente; caricare con troppa corrente o tensione; tensione di carica flottante troppo alta - "sovraccarico" della batteria.

L'evaporazione dell'elettrolita è un fenomeno irreversibile per gel ebatterie AGM. Il motivo principale per l'essiccazione, soprattutto perAGM - "ricarica" ​​batterie.

Instabilità termica e rottura termica delle batterie

L'invecchiamento della batteria dovuto ai processi sopra elencati avviene a un ritmo accelerato, ma comunque abbastanza lentamente e spesso impercettibilmente.

La ricombinazione dei gas in una batteria sigillata è un processo chimico con rilascio di calore. Quando la ricombinazione avviene alla corretta tensione e corrente di carica, il riscaldamento non è un problema. Ma, quando la batteria è ricaricata, temperatura interna sale più velocemente di quanto la batteria possa essere raffreddata dall'esterno. Un aumento della temperatura riduce la tensione di carica, che in fase di assorbimento porta ad un contemporaneo aumento della corrente. Questo a sua volta aumenta di nuovo la temperatura.

Viene avviato un ciclo autosufficiente di crescente generazione di corrente e calore, che porta, nella peggiore delle ipotesi, alla deformazione delle reti e ad un cortocircuito interno con distruzione irreversibile della batteria.

Fattori che aumentano il rischio di fuga termica:

• carica intermittente o "pulsante" a causa di una fonte di alimentazione esterna instabile o di un caricabatterie di scarsa qualità;
• troppo tempo in fase di assorbimento - "ricarica";
• scarsa dissipazione del calore o temperatura ambiente elevata.

Specificità dei processi distruttivi nella catena della batteria

È facile vedere che quando si carica una batteria separata, tutti i fattori di rischio possono essere eliminati garantendo le condizioni operative e l'algoritmo di carica corretti. Tuttavia, i sistemi di alimentazione di backup utilizzano raramente meno di due batterie. Con un collegamento seriale-parallelo, il caricabatterie "vede" i valori della corrente e della tensione di carica solo ai terminali terminali, pertanto, sulle singole batterie, le tensioni possono differire notevolmente dai valori consigliati. Una batteria con un livello di autoscarica più elevato (corrente di dispersione più elevata) può causare il sovraccarico delle celle collegate in serie e il sovraccarico delle celle collegate in parallelo. Sovraccarico e sottocarico aumentano il rischio di quasi tutti i processi distruttivi. Pertanto, per ridurre il pericolo, tutte le batterie di una catena dovrebbero avere lo stesso stato di carica e il più vicino possibile alla capacità. Per le nuove installazioni si consiglia di utilizzare batterie non solo della stessa marca, ma anche dello stesso lotto di fabbrica. Tuttavia, la pratica lo mostra in un lotto Non ci sono nemmeno due batterie con esattamente le stesse caratteristiche. capacità, stato di carica e correnti di dispersione interne. Inoltre, il requisito delle stesse caratteristiche è irraggiungibile quando è necessario sostituire una batteria danneggiata con una già funzionante.

Una leggera variazione nel grado di carica delle batterie nuove viene spesso attenuata durante il processo di rodaggio per diversi cicli di scarica e carica. Ma con una diffusione significativa o differenze nelle caratteristiche di capacità squilibriotra le singole batterie dell'array non fa che aumentare nel tempo.

Il sovraccarico sistematico delle batterie con una capacità inferiore e la possibile inversione di polarità delle batterie scariche durante le scariche profonde portano all'accumulo di danni e al guasto delle singole batterie. A causa dell'effetto di fuga termica, anche una batteria guasta può distruggere l'intero array di batterie.

Equalizzazione batteria attiva

È possibile appianare le differenze nei parametri della batteria utilizzando un dispositivo speciale chiamato bilanciatore di carica della batteria o livellatore di squilibrio.

IMPORTANTE! L'uso di bilanciatori di carica riduce il rischio di processi distruttivi, ma non può riparare una batteria già gravemente danneggiata.

Fisicamente, il dispositivo di equalizzazione della batteria è un modulo elettronico compatto collegato a ciascuna coppia di celle collegate in serie:

• per batteria 24V necessario un bilanciatore di carica su una catena (schema 1).
• per batteria 48V necessario tre bilanciatori di carica su una catena (schema 2).

L'SBB è alimentato dalla batteria stessa o da una fonte di carica. Il consumo di corrente delle FFS è limitato e commisurato alle perdite per autoscarica.

Efficienza di livello FFS2-12-A fondamentalmente superiore a quello di altri bilanciatori di carica, il cui funzionamento si basa o sullo smistamento della potenza di carica in eccesso (i cosiddetti bilanciatori passivi creano perdite dirette di energia), oppure sulla ricarica selettiva delle celle (l'equalizzazione avviene solo durante la carica). Massima corrente di livellamento FFS2-12-A– 5A, che supera le capacità di tutti i dispositivi alternativi sul mercato.

L'effetto dell'utilizzo di un bilanciatore di addebito:

1) Migliora l'affidabilità generale e una maggiore durata della batteria.

2) Aumentare l'efficienza energetica batteria, perché con scariche profonde delle batterie, la capacità di tutte le batterie in un circuito in serie viene utilizzata maggiormente.

I bilanciatori FFS lavorano costantemente, mantenendo le batterie in equilibrio anche quando il caricatore è spento.

Schema elettrico

Schema di collegamento del livello (bilanciatore) alla batteria 24V e 48V.

Di seguito sono riportati gli schemi di collegamento del livellatore di carica FFS2-12-A a batterie piombo-acido da 12V in batterie da 24V e 48V.

Schema 1. Batteria 24V di due batterie 12V	schema2. Batteria 48V di quattro batterie 12V

Collegamento di un livello (bilanciatore) a una batteria di più catene parallele.

È consentito azionare un bilanciatore di equalizzazione della carica FFS per 2-3 stringhe di batterie in parallelo - se lo squilibrio è piccolo e non vi è alcun eccesso della corrente di equalizzazione massima. Il bilanciamento separato di ciascuna catena fornisce i migliori risultati grazie alla selettività dell'azione correttiva.

Quando si utilizza un livello per più catene, è necessario utilizzare uno schema di collegamento della batteria con bus CC e un collegamento dei punti medi (Schema 3).

Quando si utilizza un livello separato in ciascuna catena, è possibile utilizzare il consueto schema di collegamento della batteria (Schema 4).

• Eseguire un'ispezione esterna della batteria. La superficie superiore della batteria e le connessioni dei terminali devono essere pulite e asciutte, prive di sporco e corrosione.
• Se è presente del liquido sulla superficie superiore/batterie umide, ciò potrebbe indicare un eccesso di liquido riempito. Se è presente del liquido sulla superficie di una batteria GEL o AGM, la batteria è sovraccarica e le prestazioni e la durata saranno ridotte.
• Controllare i cavi e le connessioni della batteria. Sostituire i cavi danneggiati. Serrare i collegamenti allentati.

pulizia

• Assicurarsi che tutti i cappucci protettivi siano fissati saldamente alla batteria.
• Pulisci la superficie superiore della batteria, i terminali e le connessioni con uno straccio o una spazzola e una soluzione di bicarbonato di sodio e acqua. Non permettere che la soluzione detergente penetri all'interno della batteria.
• Sciacquare con acqua e asciugare con un panno pulito.
• Applicare uno strato sottile di vaselina o una protezione per i terminali disponibile presso il fornitore di batterie locale.
• Mantenere l'area intorno alle batterie pulita e asciutta.

Rabboccare con acqua (SOLO batterie a umido)

Le batterie al gel o AGM non devono essere rabboccate con acqua in quanto non perdono acqua durante il funzionamento. Accumulatori in/bulk, l'acqua deve essere aggiunta periodicamente. La frequenza del rabbocco dipende dalla natura di utilizzo della batteria e dalla temperatura di esercizio. Le nuove batterie dovrebbero essere controllate ogni poche settimane per determinare la frequenza di rabbocco dell'acqua in una particolare applicazione. Le batterie generalmente richiedono rabbocchi più frequenti man mano che invecchiano.

• Caricare completamente la batteria prima di aggiungere acqua. Aggiungere acqua alle batterie scariche o parzialmente cariche solo se le piastre sono visibili. In questo caso, aggiungere acqua quanto basta per coprire le piastre, quindi caricare la batteria e continuare con il processo di rabbocco descritto di seguito.
• Rimuovere i cappucci protettivi e capovolgerli in modo che lo sporco non penetri sulla superficie interna. Controllare il livello dell'elettrolito.
• Se il livello dell'elettrolito è significativamente più alto delle piastre, non è necessario aggiungere acqua.
• Se il livello dell'elettrolito copre appena le piastre, aggiungere acqua distillata o deionizzata a un livello 3 mm sotto il foro di sfiato.
• Dopo aver rabboccato l'acqua, rimettere i cappucci di protezione sulla batteria.
• L'acqua del rubinetto può essere utilizzata se il livello di contaminazione rientra nei limiti accettabili.

Carica e carica di equalizzazione

Caricare

Una corretta ricarica è essenziale per ottenere il massimo dalla batteria. Sia la carica insufficiente che la carica eccessiva della batteria possono ridurre notevolmente la durata della batteria. Per una corretta ricarica, vedere le istruzioni fornite con l'apparecchiatura. Maggioranza caricabatterie-automatico e preprogrammato. In alcuni caricabatterie, l'utente può impostare i valori di tensione e corrente. Vedere Raccomandazioni per la ricarica nella tabella.

• Assicurarsi che il caricabatteria sia impostato sul programma corretto per batterie umide, gel o AGM, a seconda del tipo di batteria in uso.
• La batteria deve essere completamente caricata dopo ogni utilizzo.
• Le batterie al piombo (umido, gel e AGM) non hanno effetto memoria e quindi non necessitano di essere completamente scariche prima di essere ricaricate.
• La ricarica deve essere eseguita solo in aree ben ventilate.
• Prima di caricare, controllare il livello dell'elettrolito per assicurarsi che le piastre siano ricoperte d'acqua (solo batterie a umido).
• Prima di caricare, assicurarsi che tutti i cappucci protettivi siano fissati saldamente alla batteria.
• Le batterie con elettrolita umido rilasceranno gas (bolle) prima della fine del processo di carica, il che garantirà una corretta miscelazione dell'elettrolito.
• Non caricare una batteria congelata.
• Evitare la ricarica a temperature superiori a 49°C.

Schema 4

Schema 4 e 5

Carica di equalizzazione (SOLO per batterie umide)

Una carica di equalizzazione è una carica in eccesso della batteria eseguita su batterie bagnate dopo che sono state completamente cariche. Trojan consiglia di equalizzare solo se le batterie hanno un peso specifico basso, inferiore a 1,250, o se il peso specifico oscilla su un ampio intervallo, 0,030, dopo che la batteria è completamente carica. Le batterie GEL o AGM non devono essere equalizzate.

• Assicurati che la batteria sia una batteria bagnata.
• Prima di iniziare la carica, controllare il livello dell'elettrolito e assicurarsi che le piastre siano ricoperte d'acqua.
• Assicurarsi che tutti i cappucci protettivi siano saldamente fissati alla batteria.
• Impostare il caricatore per equalizzare la carica.
• Durante la carica di equalizzazione, il gas verrà rilasciato nelle batterie (le bolle galleggeranno).
• Misurare il peso specifico ogni ora. La carica di equalizzazione dovrebbe essere interrotta quando il peso specifico smette di aumentare.

ATTENZIONE!È vietato effettuare una carica di equalizzazione su batterie al gel o AGM.

Sihua Wen, ingegnere applicativo batterie Texas Instruments

Solitamente in qualsiasi sistema composto da più batterie collegate in serie si ha il problema di sbilanciare la carica delle singole batterie. L'equalizzazione della carica è una tecnica di progettazione che migliora la sicurezza della batteria, la durata della batteria e la durata di servizio.I più recenti chip di protezione della batteria e indicatori di carica di Texas Instruments - le famiglie BQ2084, BQ20ZXX, BQ77PL900 e BQ78PL114 nella linea di prodotti dell'azienda - sono essenziali per l'implementazione di questo metodo.

COS'È LO SQUILIBRIO DELLA BATTERIA?

Il surriscaldamento o il sovraccarico accelera l'usura della batteria e può causare un incendio o addirittura un'esplosione. Le protezioni software e hardware riducono il rischio. In un banco di molte batterie collegate in serie (solitamente utilizzate nei laptop e nelle apparecchiature mediche), esiste la possibilità di sbilanciare le batterie, portando al loro lento ma costante degrado.
Non ci sono due batterie uguali, ci sono sempre leggere differenze nello stato di carica della batteria (SSC), autoscarica, capacità, resistenza e caratteristiche di temperatura, anche se noi stiamo parlando di batterie dello stesso tipo, dello stesso produttore e anche dello stesso lotto di produzione. Quando si forma un blocco di più batterie, il produttore di solito seleziona batterie simili in SSB confrontando le tensioni su di esse. Tuttavia, le differenze nei parametri delle singole batterie permangono e possono aumentare nel tempo. La maggior parte dei caricabatterie determina la carica completa dalla tensione totale dell'intera catena di batterie collegate in serie. Pertanto, la tensione di carica delle singole batterie può variare ampiamente, ma non superare la soglia di tensione alla quale viene attivata la protezione da sovraccarico. Tuttavia, in un anello debole - una batteria con una capacità bassa o un'elevata resistenza interna, la tensione potrebbe essere maggiore rispetto ad altre batterie completamente cariche. La difettosità di una tale batteria si manifesterà in seguito con un lungo ciclo di scarica. L'alta tensione di una tale batteria dopo il completamento della carica indica il suo degrado accelerato. Se scaricata per gli stessi motivi (elevata resistenza interna e bassa capacità), questa batteria avrà la tensione più bassa. Ciò significa che durante la ricarica con una batteria debole, la protezione da sovratensione potrebbe funzionare, mentre il resto delle batterie nell'unità non sarà ancora completamente carico. Ciò comporterà un sottoutilizzo delle risorse della batteria.

METODI DI EQUILIBRATURA

Lo squilibrio della batteria ha un effetto negativo significativo sulla durata della batteria e sulla durata della batteria. È meglio eseguire l'equalizzazione della tensione e le batterie SSB quando sono completamente cariche. Esistono due metodi per bilanciare le batterie: attiva e passiva. Quest'ultimo è talvolta indicato come "bilanciamento del resistore". Il metodo passivo è abbastanza semplice: le batterie che necessitano di bilanciamento vengono scaricate attraverso circuiti di bypass che dissipano potenza. Queste stringhe di bypass possono essere integrate nel pacco batteria o posizionate su un chip esterno. Questo metodo è preferibilmente utilizzato in applicazioni a basso costo. Quasi tutta l'energia in eccesso delle batterie con una carica elevata viene dissipata sotto forma di calore: questo è il principale svantaggio del metodo passivo, perché. riduce la durata della batteria senza ricaricare. Il metodo di bilanciamento attivo utilizza induttanze o capacità con poca perdita di energia per trasferire energia da batterie con più carica a batterie meno cariche. Pertanto, il metodo attivo è molto più efficace di quello passivo. Ovviamente, devi pagare per l'aumento dell'efficienza, per utilizzare componenti aggiuntivi relativamente costosi.

METODO DI EQUILIBRIO PASSIVO

La soluzione più semplice è equalizzare la tensione delle batterie. Ad esempio, il chip BQ77PL900, che fornisce protezione per pacchi batteria con 5-10 batterie in serie, viene utilizzato in strumenti senza cavo conduttivo, scooter, gruppi di continuità e apparecchiature mediche. Il microcircuito è un'unità funzionalmente completa e può essere utilizzato per lavorare con un vano batteria, come mostrato in Figura 1. Confrontando la tensione della batteria con le soglie programmate, il microcircuito, se necessario, attiva la modalità di bilanciamento. La figura 2 mostra il principio di funzionamento. Se la tensione di una qualsiasi batteria supera una soglia predeterminata, la carica si interrompe, le catene di bypass vengono collegate. La carica non viene ripresa fino a quando la tensione di batteria non scende sotto la soglia e la procedura di bilanciamento si interrompe.

Riso. uno.Chip BQ77PL900 utilizzato offline
modalità di funzionamento per proteggere il pacco batteria

Quando si applica un algoritmo di bilanciamento che utilizza solo la deviazione di tensione come criterio, è possibile un bilanciamento incompleto a causa della differenza nell'impedenza interna delle batterie (vedi Fig. 3). Il fatto è che l'impedenza interna contribuisce alla diffusione della tensione durante la carica. Il chip di protezione della batteria non è in grado di determinare se lo squilibrio di tensione è causato da una differenza nella capacità della batteria o da una differenza nelle loro resistenze interne. Pertanto, con questo tipo di bilanciamento passivo, non vi è alcuna garanzia che tutte le batterie siano cariche al 100%. L'IC indicatore di carica BQ2084 utilizza una versione migliorata del bilanciamento basato sulla variazione di tensione. Per ridurre al minimo l'effetto della diffusione della resistenza interna, il BQ2084 esegue il bilanciamento verso la fine del processo di carica quando la quantità di corrente di carica è bassa. Un altro vantaggio del BQ2084 è la misurazione e l'analisi della tensione di tutte le batterie incluse nel blocco. Tuttavia, in ogni caso, questo metodo è applicabile solo in modalità di ricarica.

Riso. 2.Metodo passivo basato sul bilanciamento della tensione

Riso. 3.Metodo di bilanciamento della tensione passiva
uso inefficiente della capacità della batteria

I chip della famiglia BQ20ZXX utilizzano la tecnologia proprietaria Impedance Track per determinare il livello di carica, in base alla determinazione dell'SSB e della capacità della batteria. In questa tecnologia, per ciascuna batteria, viene calcolata la carica Q NECESSARIA necessaria per raggiungere uno stato di carica completa, dopodiché si trova la differenza ΔQ tra la Q NECESSITÀ di tutte le batterie. Quindi il microcircuito accende gli interruttori di alimentazione, attraverso i quali la batteria viene bilanciata allo stato ΔQ = 0. Poiché la differenza delle resistenze interne delle batterie non influisce su questo metodo, può essere utilizzato in qualsiasi momento: sia durante la carica che durante la scarica delle batterie. Quando si utilizza la tecnologia Impedance Track, si ottiene un bilanciamento della batteria più accurato (vedere Fig. 4).

Riso. 4.

BILANCIAMENTO ATTIVO

In termini di efficienza energetica, questo metodo è superiore al bilanciamento passivo, perché. per trasferire energia da una batteria più carica a una meno carica, invece di resistori, vengono utilizzate induttanze e capacità, in cui praticamente non c'è perdita di energia. Questo metodo è preferibile nei casi in cui è richiesta la massima durata della batteria.
Il BQ78PL114, basato sulla tecnologia proprietaria PowerPump di TI, è l'ultimo componente attivo di bilanciamento della batteria di TI e utilizza un convertitore induttivo per trasferire la potenza. La PowerPump utilizza un MOSFET a canale p a canale n e un'induttanza che si trova tra una coppia di batterie. Il circuito è mostrato nella Figura 5. Il MOSFET e l'induttore costituiscono il convertitore buck/boost intermedio. Se il BQ78PL114 determina che la batteria superiore deve essere trasferita a quella inferiore, il pin PS3 genera un segnale con una frequenza di circa 200 kHz con un duty cycle di circa il 30%. Quando l'interruttore Q1 è aperto, l'energia della batteria superiore viene immagazzinata nell'induttore. Quando l'interruttore Q1 si chiude, l'energia immagazzinata nell'induttore scorre attraverso il diodo di ritorno dell'interruttore Q2 alla batteria inferiore.

Riso. 5.

Le perdite di energia in questo caso sono piccole e si verificano principalmente nel diodo e nell'induttore. Il chip BQ78PL114 implementa tre algoritmi di bilanciamento:

• tensione ai terminali della batteria. Questo metodo è simile al metodo di bilanciamento passivo sopra descritto;
• tensione a circuito aperto. Questo metodo compensa la differenza delle resistenze interne delle batterie;
• da SSB (basato sulla previsione dello stato della batteria). Il metodo è simile a quello utilizzato nella famiglia di microcircuiti BQ20ZXX con bilanciamento passivo per SSB e capacità della batteria. In questo caso, viene determinata con precisione la carica che deve essere trasferita da una batteria all'altra. Il bilanciamento avviene alla fine della carica. Quando si utilizza questo metodo, si ottiene il miglior risultato (vedi Fig. 6)

Riso. 6.

A causa delle elevate correnti di bilanciamento, la tecnologia PowerPump è molto più efficiente del tradizionale bilanciamento passivo con interruttori di bypass interni. Nel caso di bilanciamento di un pacco batteria per laptop, le correnti di bilanciamento sono 25…50 mA. Selezionando il valore dei componenti è possibile ottenere un'efficienza di bilanciamento 12-20 volte migliore rispetto al metodo passivo con chiavi interne. Un valore di squilibrio tipico (inferiore al 5%) può essere raggiunto in uno o due cicli.
Inoltre, la tecnologia PowerPump presenta altri evidenti vantaggi: il bilanciamento può avvenire in qualsiasi modalità di funzionamento: carica, scarica e anche quando la batteria che fornisce energia ha una tensione inferiore rispetto alla batteria che riceve energia. Rispetto al metodo passivo si spreca molta meno energia.

DISCUSSIONE DELL'EFFICIENZA DEL METODO DI EQUILIBRIO ATTIVO E PASSIVO

La tecnologia PowerPump bilancia più velocemente. Con uno squilibrio del 2% di batterie da 2200 mAh, può essere eseguito in uno o due cicli. Con il bilanciamento passivo, gli interruttori di alimentazione integrati nel pacco batterie limitano il valore massimo di corrente, quindi potrebbero essere necessari molti più cicli di bilanciamento. Il processo di equilibratura può anche essere interrotto se c'è una grande differenza nei parametri delle batterie.
È possibile aumentare la velocità del bilanciamento passivo utilizzando componenti esterni. La Figura 7 mostra un tipico esempio di tale soluzione che può essere utilizzata insieme alla famiglia BQ77PL900, BQ2084 o BQ20ZXX. Innanzitutto, viene attivato l'interruttore della batteria interna, che crea una piccola corrente di polarizzazione che scorre attraverso i resistori R Ext1 e R Ext2 collegati tra i terminali della batteria e il microcircuito. La tensione "gate-source" attraverso il resistore RExt2 accende l'interruttore esterno e la corrente di bilanciamento inizia a fluire attraverso l'interruttore esterno aperto e il resistore R Bal .

Riso. 7.Diagramma schematico del bilanciamento passivo
utilizzando componenti esterni

Lo svantaggio di questo metodo è che una batteria adiacente non può essere bilanciata contemporaneamente (vedi Fig. 8a). Ciò è dovuto al fatto che quando l'interruttore interno della batteria adiacente è aperto, nessuna corrente può fluire attraverso il resistore R Ext2. Pertanto, la chiave Q1 rimane privata anche quando la chiave interna è aperta. In pratica, questo problema non è di grande importanza, poiché con questo metodo di bilanciamento, la batteria collegata a Q2 viene rapidamente bilanciata e, successivamente, la batteria collegata al tasto Q2 viene bilanciata.
Un altro problema è l'occorrenza alta tensione drain-source V DS , che può verificarsi quando una batteria su due è bilanciata. La Figura 8b mostra il caso in cui le batterie superiore e inferiore sono bilanciate. In questo caso, la tensione V DS dell'interruttore centrale può superare il massimo consentito. La soluzione a questo problema è limitare il valore massimo della resistenza R Ext o escludere la possibilità di bilanciare simultaneamente una batteria su due.

Il metodo di bilanciamento rapido è un nuovo modo per migliorare la sicurezza del funzionamento a batteria. Con il bilanciamento passivo, l'obiettivo è bilanciare la capacità delle batterie, ma a causa delle basse correnti di bilanciamento, ciò è possibile solo alla fine del ciclo di carica. In altre parole, è possibile evitare il sovraccarico di una batteria difettosa, ma non aumenterà il tempo di esecuzione con una singola carica, perché troppa energia andrà persa nei circuiti resistivi di bypass.
Quando si utilizza la tecnologia di bilanciamento attivo PowerPump, si raggiungono contemporaneamente due obiettivi: il bilanciamento della capacità alla fine del ciclo di carica e la minima differenza di tensione alla fine del ciclo di scarica. L'energia viene immagazzinata e ceduta a una batteria debole anziché essere dissipata sotto forma di calore nei circuiti di bypass.

CONCLUSIONE

Il corretto bilanciamento della tensione della batteria è uno dei modi per aumentare la sicurezza del funzionamento della batteria e aumentarne la durata. Nuove tecnologie di bilanciamento monitorano le condizioni di ciascuna batteria per prolungarne la durata e migliorare la sicurezza operativa. La tecnologia di bilanciamento attivo rapido PowerPump prolunga la durata della batteria e bilancia le batterie al termine di un ciclo di scarica al massimo e con un'elevata efficienza.

Quando gli stack di batterie funzionano in modalità buffer o ciclica, nonché quando si espandono tali sistemi, è possibile una distribuzione non uniforme della produzione di energia elettrica, che porta a una più rapida obsolescenza della batteria. Leggi questo articolo su come equalizzare correttamente la carica della batteria.

L'equalizzazione periodica della carica elettrica delle batterie nell'impianto è un processo necessario per garantire il corretto funzionamento dell'apparecchiatura. Se in un circuito sono collegate più batterie, nel tempo può verificarsi uno squilibrio: un notevole cambiamento nella tensione delle singole batterie. Per evitare ciò, si consiglia di riequilibrare ogni sei mesi. Di solito viene eseguito utilizzando una tensione maggiore per ventiquattro ore. Puoi scoprire la tensione specifica dalle specifiche della batteria sul nostro sito Web, guardare i dati sul sito Web del produttore o verificare con il venditore.

Sistemi multilivello: una breve descrizione e scopo

I sistemi a batteria multipla sono ampiamente utilizzati in casa e nell'industria. Informazioni sugli schemi per il collegamento di batterie a sistemi multilivello. Qui c'è da dire che sono molto utili per l'alimentazione ininterrotta a lungo termine delle caldaie per il riscaldamento, oltre che per realizzare impianti energetici “verdi” alimentati da pannelli solari e generatori eolici. Infatti, oltre al fatto che è necessario produrre elettricità, deve anche essere accumulata e immagazzinata da qualche parte. È per questi scopi che sono necessari sistemi di più batterie, con l'aiuto del quale è possibile assemblare un sistema di qualsiasi capacità e tensione da batterie da 12 volt.

Come accennato in precedenza, durante il funzionamento a lungo termine sorgono problemi associati allo squilibrio della batteria, quindi ne parleremo in modo più dettagliato.

Per evitare squilibri di carica nelle batterie nuove, si consiglia di acquistare tutte le batterie dello stesso produttore, della stessa serie, tipo e capacità, con la stessa data di rilascio contemporaneamente. Se queste regole vengono violate o il sistema viene ampliato, le batterie devono essere equalizzate!

Se, durante la vita utile del sistema di continuità, diventa necessario espandere la capacità, l'opzione più ideale sarebbe selezionare una batteria aggiuntiva in base ai requisiti di cui sopra, a non più di un anno dalla data di rilascio.

Il fatto è che un anno dopo il funzionamento di un tale sistema, possono verificarsi processi irreversibili nelle batterie al piombo-acido a scarica profonda e il loro normale funzionamento congiunto non è garantito. Quelli. una nuova batteria può essere disabilitata da una vecchia. Se c'è una differenza significativa nella data di produzione di un anno o più, la garanzia post-vendita del produttore per una nuova batteria potrebbe andare persa!

Squilibrio: cos'è e come affrontarlo

Di tanto in tanto, in tutti i sistemi che utilizzano batterie con collegamento di tipo serie, parallelo o misto, si verifica uno squilibrio di carica. A causa di ciò, si verifica un deterioramento delle prestazioni delle batterie, una diminuzione della capacità e un guasto delle singole batterie prima del periodo del passaporto.

Il problema è che tutte le batterie sono leggermente diverse tra loro, anche se sono batterie della stessa marca. Quando si crea un pacco batteria, queste differenze possono essere amplificate. Supponiamo che nel sistema sia presente una batteria con una resistenza leggermente superiore a quella di quelle vicine. Naturalmente, durante la ricarica, la tensione su di esso sarà leggermente più alta, la protezione da sovratensione potrebbe persino funzionare. Durante il ritorno dell'elettricità, la tensione di questa batteria sarà la più piccola, così come la sua capacità. Tutto ciò porta al fatto che la risorsa dell'intero sistema non verrà utilizzata completamente. Di conseguenza, degrado e rafforzamento del difetto nel tempo. Un anello debole degraderà le prestazioni dell'intero pacco batteria. Ovviamente puoi acquistare un'altra batteria, ma questa non è una panacea. E se le batterie fossero relativamente nuove? Sì, e il costo non è economico.

Esistono due modi per equalizzare la carica della batteria:

1. Passivo;
2. Attivo.

Il primo metodo utilizza circuiti di bypass che dissipano energia. Questi dispositivi possono essere integrati nel sistema UPS o essere su un chip separato. Molto spesso, questo metodo viene utilizzato in apparecchiature di bilancio. Quasi tutta l'elettricità in eccesso dalla batteria con la carica superiore viene convertita e dissipata: questa è la principale limitazione del metodo passivo. Riduce la vita del sistema senza ricarica.

Con il metodo di bilanciamento attivo, l'induttanza viene utilizzata per trasferire elettricità da batterie con una carica maggiore a batterie deboli, quindi le perdite non sono elevate. Per questo motivo, il metodo attivo è molto più efficace di quello passivo. Ma devi comunque pagare un extra per la qualità, l'attrezzatura attiva è più costosa.

Equalizzazione della batteria - pratica

Un sistema che equalizzi la carica della batteria è necessario per il mantenimento delle batterie con connessione di tipo seriale, quando le si carica da un'unica fonte. Le batterie collegate in serie formano un unico circuito o linea. Possono essercene diversi, a seconda della natura del sistema. L'apparecchiatura è in grado di regolare le correnti sulle singole batterie in più circuiti contemporaneamente.

Il sistema è costituito da un controller che è responsabile della regolazione della tariffa. Si collega all'alimentazione comune del circuito. Ci sono anche sensori separati montati sulla batteria. Questa apparecchiatura viene commutata tramite un circuito speciale.

Le batterie nello stesso circuito devono avere la stessa capacità, altrimenti l'apparecchiatura non farà fronte al compito di bilanciare la carica delle batterie. Come più differenza nelle caratteristiche capacitive, più cicli di carica e scarica saranno necessari per equalizzare la carica delle batterie.

Come funziona un bilanciatore di addebito

Il controller analizza la tensione e si avvia se aumenta. Il sistema calcola la media e, tramite appositi loop, preleva le informazioni da ogni singola batteria. Se la tensione sulla batteria supera la media, il controller invia un comando per compensare il carico. Se inferiore, il carico viene rimosso. Queste azioni sono legate ai cicli di carica-scarica e, ad ogni nuovo cerchio, la tensione viene portata a una media.

Se l'indicatore della tensione elettrica totale non aumenta per tre ore di lavoro, il controller segnala che il lavoro è completato e invia un comando per spegnere i sensori sulla batteria. Ma l'analisi dello stress elettrico non si ferma.

Tutte le batterie hanno un sensore di tensione. È meglio farlo accanto ai contatti, quindi collegare più a più, meno a meno. Se installato correttamente, il sensore lampeggia. Se non c'è segnale, è stato collegato in modo errato o la batteria non funziona. Attraverso la porta COM, il controller può inviare informazioni su ciascuna batteria a un personal computer.

Inoltre, il controller segnala quando la tensione della batteria scende o sale al di sotto di 10,5 Volt e al di sopra di 15 Volt.

conclusioni

L'equalizzazione della carica della batteria è una misura tecnica necessaria. Aumenta la sicurezza dell'utilizzo delle batterie e ne aumenta la durata. I moderni controller di bilanciamento della batteria testano le condizioni tecniche di ciascuna batteria e consentono di utilizzare il sistema, riducendo al minimo le perdite. In generale, ciò è utile per motivi di sicurezza e garantisce un funzionamento affidabile e senza problemi dell'apparecchiatura.