Próba wyznaczenia napięcia spoczynkowego akumulatora ołowiowego Ca/Ca w 100% naładowanego

Spróbuję wyznaczyć maksymalne napięcie spoczynkowe akumulatora po zakończonym ładowaniu oraz ustaniu reakcji elektrochemicznych związanych z procesem ładowania. Po odłączeniu zasilacza z prądem ładującym 0.14A o napięciu 14.6V, w chwili odłączenia napięcie natychmiast spada do 13.2V a w ciągu kilku minut do 13.1V, dalszy spadek następuje już bardzo wolno.

Trzeba sprawdzić o ile spada napięcie w trakcie jednej godziny aby po pewnym czasie przeliczyć jakie było by maksymalne napięcie spoczynkowe akumulatora po ustaniu reakcji elektrochemicznych. Chodzi o to, aby wyznaczyć napięcie akumulatora w pełni naładowanego do 100%, lecz już bez tzw. „pustego napięcia”. Te chwilowo podwyższone napięcie jest związane z procesami elektrochemicznymi, które jeszcze nie ustały po zakończonym wcześniej procesie ładowania, czyli trzeba zaczekać aż akumulator „uspokoi się”. Akumulator po zakończeniu procesu ładowania dość długo „uspokaja się” a równolegle w tym samym czasie przebiega proces samorozładowania poprzez pasożytniczą rezystancję równoległą.

Więc aby wyliczyć maksymalne napięcie w pełni naładowanego akumulatora, należy zaczekać aż zakończą się wszelkie procesy elektrochemiczne związane z procesem ładowania akumulatora, a następnie należy zmierzyć spadek godzinowy napięcia takiego „uspokojonego” akumulatora. Następnie należy ten spadek pomnożyć przez liczbę godzin od zakończenia ładowania i uzyskaną wartość dodać do obecnej wartości napięcia na słupkach akumulatora, w ten sposób otrzymamy ze stosunkowo dużą dokładnością wartość napięcia które nas interesuje.

Znając wartość napięcia akumulatora w pełni naładowanego, możemy dołączyć układ ładujący o takim właśnie napięciu w celu buforowego utrzymywania akumulatora na maksymalnym poziomie naładowania, w ten sposób rekompensujemy wyłącznie proces samorozładowania a nie męczymy akumulatora niepotrzebnym procesem permanentnego przeładowywania.   

Muszę wyznaczyć gradient spadku napięcia w funkcji czasu i następnie na podstawie tego obliczyć w tył jakie było by napięcie w momencie zakończenia ładowania czyli o 7m30, takie napięcie należy uznać za „maksymalne napięcie spoczynkowe akumulatora ołowiowego Ca/Ca”, dalszy spadek napięcia spoczynkowego jest wywołany prądem samorozładowania.

Można by wyliczyć ten prąd samorozładowania dokładając równolegle do słupków akumulatora znanej rezystancji i doprowadzić do dwukrotnego zwiększenia tego spadku, x2 dzieki czemu po podzieleniu /2 będziemy wiedzieli jaką wartość rezystancji ma rezystancja równoległa akumulatora czyli pasożytniczy rezystor odpowiadający za samorozładowanie.

Po dokładnym ustaleniu właściwego napięcia spoczynkowego w chwili odłączenia od ładowania czyli o 7m30 należy użyć właśnie takiego napięcia buforującego czyli zrekompensować proces samorozładowania. Napięcie obliczone nie będzie nigdy takie samo jak w chwili odłączenia prostownika ponieważ prostownik miał 14.9V i trzeba poczekać żeby akumulator „uspokoił się” po ładowaniu, czyli aby napięcie spadło do napięcia maksymalnego, w 100% naładowanego akumulatora lecz w czasie potrzebnym na „uspokojenie się” reakcji elektrochemicznych zachodzących w akumulatorze, dodatkowo płynie prąd samorozłądowania na pasożytniczej rezystancji równoległej, który zaburza właściwy odczyt napięcia które nas interesuje.

Należy więc odczekać jakieś kilka dni, zmierzyć gradient godzinowy spadku napięcia i do końcowego pomiaru dodać wartość godzinowego spadku pomnożoną przez ilość godzin jaka upłynęła od momentu odłączenia prostownika, i to będzie napięcie spoczynkowe w 100% naładowanego akumulatora.

Po podaniu obliczonego napięcia spoczynkowego akumulatora w 100% naładowanego, prąd ładowania powinien ustalić się na minimalnej wartości, czyli mniej więcej tyle ile wynosi wartość prądu samorozładowania.

 

Koniec ładowania Sylwester, godzina 7m30 dnia 31.12.2019r.

o 8 rano było 13V.

o 9 rano jest 12.942V

o 9m30 12.934V   teoretycznie 16 mV na godzinę czyli powinno być 0.384 V na dobę

0 11      12.914V   teoretycznie 14 mV na godzinę czyli powinno być 0.336 V na dobę

14m35   12.886V  teoretycznie 11 mV na godzinę czyli powinno być 0.268 V na dobę

17          12.875V  teoretycznie 4.4 mV na godzinę czyli powinno być 0.105 V na dobę

24          12.850V  teoretycznie 3.6 mV na godzinę czyli powinno być 0.086 V na dobę

Sylwester

 

Nowy Rok 01.01.2020

18m30  12.813V

22          12.808V  teoretycznie 1.42 mV na godzinę czyli powinno być 0.034 mV 

23          12.806V  czyli raczej 2 mV ?  nie, to wynika z zaokrąglenia, za krótki czas pomiędzy pomiarami

 

2 stycznia

02         12.802V

04         12.799V    wygląda jakby 1.5 mV         czwarta doba czyli 96 godzin

16          12.784V    1.25mV

19          12.780V    1.33mV

 

3 stycznia

3 rano    12.770V    1.25mV

7 rano    12.766V     1.0 mV

12m30   12.760V     1.0 mV             to można przyjąć jako granicę naładowania 100%

24           12.748V

 

4 stycznia

00m30  12.748V     1.0mV      na granicy z 12.747V  1mW delikatnie naciągany

godzina 4 rano    12.744V

godzina 16            12.734V  

godzina 5 rano     12.723V

godzina 9 rano     12.720V  828 uV

godzina 19             12.713V  800 uV

godzina 16             12.699V

godzina 4 rano     12.692V  500uV  

 

Za maksymalną granicę kontynuowania testu można przyjąć osiągnięcie napięcia 12.7V, dłuższe kontynuowanie testu nie ma już większego sensu. Badanie trwało łącznie 140.5 godz. a w końcowym etapie testu, spadek napięcia na słupkach akumulatora to 0.5 mV na godzinę. W trakcie całego 140 godzinnego badania napięcie na słupkach akumulatora spadło o 70 mV, więc na podstawie tych parametrów, obliczyłem końcowe napięcie naładowania.

12.692V+(140.5 godzin *0.5 mV)=12.762V, po zaokrągleniu uznaję, że napięcie w 100% naładowanego akumulatora ołowiowego z płytami Ca/Ca, to napięcie 12.76V. Jest to najbardziej prawdopodobna wartość, tym bardziej, że testery akumulatorów dla napięcia 12.6V wskazują 98% naładowania, czyli dla 12.76V pewnie byłoby właśnie te 100%, lecz tego nie wiem, ponieważ mój tester wskazuje maksymalny poziom naładowania na poziomie 98% a napięcie na słupkach akumulatora ma wtedy wartość 12.6V.

Tester wskazuje również, że napięcie 12V to 1% naładowania, jest to napięcie całkowicie rozładowanego akumulatora. Z tego zakresu napięć wynika, że zakres napięć pracy, to 12V do 12.76V i w takim zakresie napięć powinniśmy korzystać z akumulatora. Trzymając się tego reżimu napięć, żywotność akumulatora powinna być bardzo długa, co najmniej dwa razy dłuższa niż w przypadku innych zakresów pracy. Pomimo węższego zakresu napięć pracy, nadal korzystamy z całego zakresu pracy akumulatora, czyli pomiędzy 1% a 100%, więc nie zauważymy żadnych niedogodności a akumulator nam się odwdzięczy długą żywotnością.

Wydaje mi się, że napięcie 13.65V uznane przez producentów zasilaczy buforowych, za optymalne dla utrzymania akumulatorów buforowych w stanie permanentnego stanu pełnego naładowania czyli 100%, jest za wysokie i celowo zostało tak opisane i dobrane w celu skrócenia żywotności akumulatorów buforowych. W takim przypadku akumulator na pewno jest naładowany w 100%, lecz bardzo powoli pozbywa się wody w postaci wodoru i tlenu, ale biznes będzie się kręcił.

Gdyby za optymalne napięcie buforowe uznać 12.76V akumulator również jest w stanie pełnego naładowania 100%, a permanentne utrzymywanie go w tym stanie nie będzie powodowało utraty wody, ponieważ prąd dostarczany do baterii jest znikomy, a cały ten prąd jest zużywany na zrekompensowanie prądu samorozładowania na pasożytniczym równoległym rezystorze, który powoduje samorozładowanie akumulatora. Wydaje mi się, że ładowanie akumulatora powinno odbywać się według określonego algorytmu a końcowe napięcie ładowania powinno mieć wartość około 14.6V po czym powinno przechodzić w zakres buforowania na poziomie 12.76V i na takim napięciu powinien być permanentnie utrzymywany akumulator. Niemal identycznym algorytmem ładowania, właściwie utrzymywania akumulatora w stanie maksymalnego naładowania, charakteryzuje się kompaktowa, mikroprocesorowa ładowarka SENA 4A z „Biedronki”.

Po zakończeniu testu należy sprawdzić prąd rozruchowy, następnie ponownie naładować oraz ustawić bufor na napięcie odpowiadające w 100% naładowanego akumulatora tak żeby rekompensowało tylko prąd samorozładowania. Według mnie jest to wartość napięcia 12.76V a według ogólnie uznanych źródeł to 13.65V, lecz ja uważam, że jest inaczej.

 

Czemu inne źródła podają zdecydowanie wyższą wartość ?

Myślę że ich badania były sponsorowane a celem podawania wyższego napięcia jest skrócenie żywotności akumulatorów w „rozsądnych” granicach, tak żeby trudno było to zauważyć. Przemysł akumulatorowy nie jest zainteresowany zbyt długą żywotnością swoich produktów. Akumulatory powinny wytrzymać okres gwarancyjny i jeszcze „trochę”, czyli np. 2x tyle ile wynosi okres gwarancyjny i tak właśnie jest. Akumulatory używane jako buforowe źródła mocy pracują w optymalnych warunkach eksploatacyjnych, więc powinny charakteryzować się zdecydowanie dłuższą żywotnością od akumulatorów rozruchowych stosowanych w pojazdach mechanicznych, a tak nie jest.

Akumulatory rozruchowe stosowane w pojazdach mechanicznych, mają bardzo „ciężkie życie”, są eksploatowane w ekstremalnych warunkach. Latem upały które powodują temperaturę pod pokrywą komory silnikowej samochodu często na poziomie 70 stopni C, która to najbardziej radykalnie skraca życie akumulatora. Natomiast zimą ogromne prądy rozruchowe które są potrzebne do uruchomienia zimnego silnika, wypełnionego zimną „olejopodobną mazią”. Akumulator przy ujemnych temperaturach posiada znacząco zwiększoną rezystancję wewnętrzną, która utrudnia oddawania dużych prądów rozruchowych. Zarówno zima jak i lato, znacząco skracają okres eksploatacji akumulatora rozruchowego.

Czyli samochodowy akumulator rozruchowy poddawany jest ekstremalnym warunkom eksploatacji, bardzo szeroki zakres temperatur, bardzo duże prądy rozruchowe, narażenie na nieustanne wstrząsy, niezbyt optymalne warunki ładowania, częste niedoładowanie a czasem i przeładowanie itd.

Akumulatory buforowe pracujące w stabilnych i optymalnych warunkach eksploatacji, powinny charakteryzować się o wiele dłuższym okresem eksploatacji, powiedzmy że minimum 2x, a nawet 3x dłuższym, a tak nie jest.

Czy ktoś zastanowił się co jest powodem, że żywotność akumulatora buforowego nie odbiega od żywotności skrajnie trudno eksploatowanego akumulatora rozruchowego ? 

Wydaje mi się, że celowo zawyżone napięcie zasilające akumulatory buforowe czyli 13.65V, które to jest opisywane jako najbardziej optymalne z podawanym „odpowiednim” uzasadnieniem, najprawdopodobniej „sponsorowanym uzasadnieniem”.

Żeby być tego pewnym, należało by kupić nowy UPS i zmniejszyć napięcie podtrzymania, ładujące akumulator z 13.65V do napięcia 12.76V a po wielu latach okazałoby się jaka jest prawda, lecz czas powszechności UPS’ów powoli odchodzi do lamusa.

 

Skoro zainteresowałeś się tym artykułem, możliwe że zainteresują Ciebie inne moje artykuły

Lista artykułów poświęconych akumulatorom oraz ich osprzętowi

Lista moich artykułów związanych z motoryzacją