Acumulatorii cu plumb, indiferent de tehnologia de fabricație îmbătrânesc în timp, în special din cauza sulfatării sau a utilizării necorespunzătoare. În sistemele staționare de backup de energie, fenomenul este sesizabil prin autonomia tot mai scurtă pe care o poate oferi bateria. În aplicațiile critice funcționarea în parametri a bateriei de acumulatori este esențială, motiv pentru testarea periodică a stării acesteia este o practică obligatorie. De asemenea testarea capacității bateriei este unul din testele de acceptanță care se fac la punerea în funcțiune a unor sisteme noi de backup.
Condițiile de testare pentru acumulatorii staționari cu plumb sunt stabilite de către Comisia Electrotehnică Internațională prin normele IEC 60896.
- IEC 60896-11 sunt normele care stabilesc cerințele tehnice generale și metodele de testare pentru acumulatorii cu degajare semnificativă de gaze (necapsulați). În această categorie intră acumulatorii cu electrolit lichid.
- IEC 60896-21 stabilește metodele de testare pentru acumulatorii cu valvă de control a gazelor (VRLA). În această categorie intră acumulatorii capsulați de tip AGM VRLA și Gel VRLA utilizați în majoritatea aplicațiilor industriale, telecom, UPS, etc.
- IEC 60896-22 stabilește cerințele tehnice pentru acumulatorii cu valvă de control a gazelor. Obiectivul standardului este de a face înțeles scopul fiecărui test din IEC 60896-21 și de a prezenta îndrumări despre modul de alegere al acumulatorilor în funcție de aplicație.
Testul de capacitate este doar unul dintre testele descrise în standardele amintite mai sus, fiind cel mai relevant pentru a descrie abilitatea acumulatorului de a înmagazina energie electrică. Metodologia este aceeași pentru toate tipurile de acumulatori cu plumb și constă în descărcarea la curent constant urmată de calculul capacității pe baza rezultatelor consemnate. La bateriile aflate în exploatare, evaluarea stării de uzură se face pe baza comparării capacității calculate cu datele din fișa tehnică.
Metodele și cerințele cuprinse în standardele de mai sus sunt singurele care pot genera un rezultat corect. Firește, există un folclor stufos în care diverse persoane mai mult sau mai puțin avizate își dau cu părerea despre cum se testează capacitatea unui acumulator. În cel mai bun caz rezultatul metodelor propuse este unul aproximativ, posibil suficient pentru aplicații casnice dar în nici un caz pentru aplicații critice. Aparatele portabile de pe piață care testează capacitatea rapid folosind diverse artificii tehnice nu generează un rezultat care să poată fi folosit într-un buletin de măsurători utilizabil în scopuri oficiale. Singurul test acceptat este cel conform normelor IEC (în română CEI).
Noțiuni introductive
Capacitatea unui acumulator se exprimă în amperi – oră (Ah) și reprezintă o măsură a cantității de energie electrică pe care o poate înmagazina acesta. Capacitatea variază în funcție de o serie de condiții: curentul de descărcare, tensiune și temperatură. Astfel, capacitatea acumulatorului va avea valori diferite în funcție de cât de rapid se face descărcarea (de obicei până la o tensiune finală Uf = 1.8V/celulă). Valorile recomandate pentru timpul de descărcare la care se exprimă capacitatea (t) sunt conform standardului 240, 20, 10, 8, 5, 3, 2, 1, 0,5 ore. La acumulatorii VRLA, t va avea una din valorile 10, 8, 3, 1, 0.25 ore. Producătorul alege una din aceste valori și o declară ca fiind capacitatea nominală acumulatorului Crt . De exemplu C10 este capacitatea unui acumulator care are nevoie de 10 ore ca să se descarce până la tensiunea de 1.8 V/celulă.
Relația dintre curentul de descărcare, capacitatea acumulatorului și timpul de descărcare este Irt = Crt / t
Temperatura de referință la care se fac măsurătorile este de 20°C sau 25°C, aceasta fiind specificată de producător în fișa acumulatorului.
Capacitatea reală (Ca) a unui acumulator sau a unei baterii de acumulatori se determină prin testare conform procedurii descrise în IEC 60896 și prezentată pe scurt mai jos. Între testele de tip și cele de acceptanță / punere în funcțiune există mici diferențe de procedură. Articolul de față se concentrează pe testul de capacitate pentru acceptanță / punere în funcțiune la bateriile de acumulatori VRLA, care sunt cele mai întâlnite în practică.
Pregătirea bateriei pentru test
În situația unui șir cu multe unități monobloc (celule sau acumulatori) se admite alegerea unui eșantion de 6 unități pe care să se efectueze testul.
Înainte de efectuarea testului, bateria de acumulatori se încarcă în conformitate cu specificațiile producătorului. În funcție de metoda de încărcare, bateria se consideră încărcată dacă
- Tensiunea și densitatea electrolitului (la acumulatorii necapsulați) nu variază pentru o perioadă de 2 ore, în cazul încărcării la curent constant.
- Curentul și densitatea electrolitului (la acumulatorii necapsulați) nu variază pentru o perioadă de 2 ore, în cazul încărcării la tensiune constantă.
La sistemele unde numărul total de celule este ≤ 100 se alege o celulă pilot din fiecare grup de șase celule. La sistemele cu număr total de celule > 100 se alege o celulă pilot la fiecare grup de zece celule. Se măsoară temperatura celulelor pilot și se face media lor aritmetică. Temperatura medie calculată precum și temperatura mediului înainte de începerea descărcării trebuie să se afle în intervalul 18°C – 27°C. Pentru evitarea erorilor este indicat ca aceste temperaturi să fie cât mai aproape de temperatura de referință menționată de producător în fișa tehnică a acumulatorului (20°C sau 25°C).
Testul propriu-zis
Descărcarea bateriei se va iniția într-un interval de 1 – 24 ore de la finalizarea încărcării. Descărcarea se face pe o sarcină aleasă astfel încât să asigure un curent de descărcare Irt, care va fi menținut constant până la terminarea testului. Abaterile curentului admise pe tot parcursul descărcării sunt de ±1 %. În lipsa unui sistem automat care să ajusteze sarcina pentru a menține curentul constant în timpul descărcării, operațiunea va trebui făcută manual.
Tensiunea dintre polii acumulatorului sau bateriei de acumulatori se va înregistra automat sau se fac periodic citiri cu un voltmetru digital și se scriu într-un tabel. În cazul al doilea citirile se vor face cel puțin la 25%, 50% și 80% din timpul total de descărcare calculat. Spre sfârșitul descărcării măsurătorile se vor face mai des, pentru a putea determina momentul exact când trebuie întreruptă descărcarea.
Descărcarea se va întrerupe în cazul apariției uneia din următoarele situații
- Tensiunea medie a bateriei ajuns la valoarea n x Uf unde n este numărul de celule, iar Uf este tensiunea finală pe celulă aleasă din tabelul de mai jos.
- Tensiunea unei celule sau acumulator monobloc din bateria testată a ajuns la valoarea U = Uf - 200mV, respectiv U = Uf -
x 0.2 în cazul acumulatorilor monobloc cu n celule.
Se notează perioada de timp necesară pentru descărcare t.
Concluzii
Dacă temperatura la care s-a inițiat descărcarea este temperatura de referință dată de producător (20°C sau 25°C), capacitatea efectivă a bateriei se obține din formula Ca = t x Irt
Dacă temperatura la care s-a inițiat descărcarea este diferită de temperatura de referință, capacitatea efectivă se calculează cu formula Ca = C /[1 + λ (v − tref )]
unde
C = capacitatea calculată pe baza măsurătorilor
λ = coeficient funcție de durata descărcării. λ = 0.006 pentru descărcări mai lungi sau egale cu 3 ore, respectiv λ = 0,01 pentru descărcări mai rapide
v = temperatura medie inițială
tref = temperatura de referință dată de producător, 20°C sau 25°C
Observații
- Pentru a obține un rezultat care să reflecte capacitatea disponibilă a bateriei pentru o anumită aplicație se va ține cont de cerințele specifice aplicației. Astfel, valoarea curentul de descărcare Irt se va alege astfel încât să fie similară cu cea a sarcinii permanente din fișa tehnică a aplicației.
- Dacă pentru scurtarea timpului de testare se va realiza o descărcare prea rapidă (Irt mare), pe lângă posibilitatea reală de a afecta fizic bateria, acuratețea măsurătorilor va avea de suferit.
Metoda clasică de efectuare a testului de capacitate presupune existența unui aparat specific care conține o sarcină electronică cu reglare automată și care oferă posibilitatea de înregistrare a rezultatelor.
Soluția oferită de controlerele Cordex
Toate redresoarele din familia Cordex au implementată funcția de testare a capacității bateriei. Astfel există posibilitatea realizării unui test de baterie cu iniţiere manuală sau automată la anumite perioade de timp. Testul constă în descărcarea controlată a bateriei pe sarcina sistemului și evaluarea stării de sănătate pe baza datelor colectate. Softul din controlerele Cordex are implementați algoritmii corespunzători pentru asigurarea conformității cu normele IEC 60896 și protejează sistemul împotriva situațiilor care pot apărea în timpul testării: pană de tensiune, descărcare prematură, etc. . Autonomia rămasă este afișată în timp real în timpul descărcării, iar întreruperea testului se face în mod automat la atingerea pragului de descărcare prevăzut în standard. În urma testului se generează un raport asupra stării de sănătate a bateriei care conține capacitatea reală în Ah și o alertă în cazul în care este necesară înlocuirea acesteia.
Singura cerință tehnică pentru a putea folosi funcția de testare a bateriei este prezența unui șunt sau transducer montat pe traseul către baterie și un senzor de temperatură. O mare parte din sistemele echipate de Alphapower au aceste accesorii montate. Cele care nu le au, pot fi echipate corespunzător ulterior livrării inițiale, costurile fiind modice.
Din punct de vedere al utilizatorului, pe lângă avantajul evident al costului zero, testul realizat de sistemul redresor Cordex prezintă o serie de avantaje importante. Dintre acestea merită menționate simplitatea procedurii și faptul că testarea capacității efective a bateriei se poate realiza în timpul exploatării, fără întreruperea funcționării sistemului.
