Úvod do Gelových Baterií a Jejich Vlastnosti
Gelové baterie a baterie AGM jsou bezúdržbové olověné baterie, které jsou stále oblíbenější díky své dlouhé životnosti, odolnosti vůči extrémním teplotám a bezpečnosti. VRLA akumulátory jsou uzavřené, bezúdržbové s vnitřní rekombinací plynů. GEL akumulátory mají elektrolyt ve formě gelu. Jedná se o nejkvalitnější akumulátory pro časté vybíjení a nabíjení a velmi dobře snáší hluboké vybití.
Hlavní rozdíl oproti technologii AGM je ve formě elektrolytu. Konstrukce gelových akumulátorů je podobná klasickým zalitým akumulátorům, obsahuje sestavu kladných a záporných elektrod. Elektrolyt je však vázán v křemičitém gelu. Gelové baterie poskytují dlouhou životnost, vysokou cyklickou odolnost a naprostou bezúdržbovost.
Bezúdržbové VRLA GEL baterie jsou vhodné pro karavany, lodě, solární systémy i záložní UPS. GEL baterie nabízí excelentní cyklickou životnost, nulovou údržbu a maximální bezpečnost. Díky speciálnímu separátoru, který adsorbuje elektrolyt, není uvnitř olověné baterie žádná volná kyselina, pak lze baterii VRLA instalovat v různých polohách. Samovybíjení je nízké, typicky pod 2 % za měsíc. GEL lépe snáší hluboké cyklování a vyšší teploty; AGM mívá nižší vnitřní odpor, což se projevuje vyššími špičkovými proudy.
Principy Inteligentního Nabíjení Gelových Baterií
Stejně jako baterie a akumulátory jsou i nabíječky předmětem technologického vývoje. Moderní konstrukce nabíječek jsou založeny na mikroprocesorech nebo mikrokontrolérech, které pečlivě monitorují proces nabíjení v reálném čase, aby zajistily co nejlepší konečný výsledek. Na rozdíl od klasických transformátorových usměrňovačů, u nichž výstupní proud v čase exponenciálně klesá, dodávají elektronické nabíječky nabíjecí proud sekvenčně.
Technologie inteligentního nabíjení je navržena tak, aby prováděla přesná měření parametrů baterie a zajistila tak její co nejdelší životnost. Některé gelové a AGM baterie mohou vyžadovat speciální podmínky nabíjení. Ke správnému, a tedy bezpečnému a účinnému nabíjení gelových baterií je třeba používat speciální elektronické nabíječky. Tato zařízení zajišťují tzv. inteligentní nabíjení.
Čtěte také: Betonové podlahy a nátěry
Doplňování energie v sekundárním článku je rozděleno do několika fází. Nabíječky založené na mikroprocesoru nebo mikrokontroléru navíc průběžně monitorují nabíjecí cyklus tak, aby doplňování energie bylo co nejefektivnější.
Fáze Nabíjení Gelové Baterie
Samotný proces nabíjení je obvykle rozdělen do několika fází, tj. odsíření, pozvolný rozběh, nabíjení maximálním výkonem, absorpce a podpora napětí po nabití.
1. Odsíření (Desulfatace)
První fází je jeho odsíření, kterému předchází měření napětí a kapacity. Čím hlouběji je baterie vybitá, tím vyšší je její úroveň sulfatace. Během tohoto procesu se ztracená kapacita baterie obnovuje pomocí pulzního proudu.
2. Měkký Start (Soft Start)
Poté následuje měkký start - v této fázi je nabíjecí proud roven přibližně polovině maximálního nabíjecího proudu pro baterii s určitou kapacitou, aby bylo možné zkontrolovat, zda je baterie definitivně schopna přijmout elektrický náboj. Pokud je akumulátor již silně používán nebo je nevratně vážně poškozen, proces nabíjení se přeruší.
3. Nabíjení Maximálním Výkonem
Dalším krokem je nabíjení maximálním proudem pro danou kapacitu baterie.
Čtěte také: Vlastnosti polyuretanových nátěrů
4. Absorpční Fáze
Po hlavní nabíjecí fázi následuje absorpční fáze, která dokončí nabíjení baterie, nabije zbývajících 20 % její kapacity a udržuje napětí na jejích svorkách v rozmezí přibližně 14,1 V - 14,4 V (v závislosti na nastavení programu na mikroprocesoru nabíječky). Nabíjecí proud se pak postupně snižuje, dokud není akumulátor téměř zcela nabitý. Problémy s dokončením absorpční fáze mohou být způsobeny částečnou, trvalou sulfatací baterie. Maximální napětí 2,40 V/článek (14,4 V při 20 °C) lze udržovat až 24 hodin (maximálně 4-5krát ročně).
5. Udržovací Režim (Float)
Vzhledem k tomu, že se baterie samovolně vybíjí (velmi pomalu) v důsledku přítomnosti vnitřního odporu, přejde nabíječka po úplném nabití do režimu udržování napětí baterie a udržuje napětí na jejích svorkách na úrovni přibližně 13V. Udržovací nabíjecí napětí by mělo být 2,27 V/článek (13,62 V pro celou baterii) při 20 °C. Pro 12 V VRLA GEL je typicky udržovací napětí 13,5-13,8 V. Při udržovacím (plovoucím) režimu provozu bezúdržbových olověných akumulátorů není třeba kontrolovat hustotu elektrolytu nebo doléhat destilovanou vodu. Doporučené napětí pro udržovací provoz je 2,23-2,30 V/č při 25°C. Nabíjecí proud je pak snížen na hodnotu 0,5-4mA/Ah při napětí 2,30 V/č pro stav plného nabití baterie při teplotě 25°C.
Doporučené Parametry Nabíjení
Nabíjecí proud a napětí závisí nejen na parametrech baterie, ale také na počtu baterií a způsobu jejich připojení. Při nabíjení gelových baterií je třeba dbát na to, aby nabíjecí napětí nepřesáhlo 14,4 V, protože překročení tohoto napětí může způsobit tvorbu vzduchových bublin ve struktuře gelového elektrolytu, což vede k nevratnému poškození baterie.
Většina výrobců gelových baterií a akumulátorů doporučuje, aby nabíjecí proud (vyjádřený v ampérech) nebyl větší než 25 % kapacity baterie (vyjádřené v ampérhodinách). Například gelová baterie s kapacitou 20 Ah by měla být nabíjena trvalým proudem maximálně 5 A, aby byla zajištěna co nejdelší životnost. Nedoporučuje se překročit nabíjecí napětí 14,4 V a nabíjecí proud představující 25 % kapacity sekundárního článku.
V případě starších konstrukcí olověných akumulátorů s tekutým elektrolytem se naopak doporučuje, aby nabíjecí proud byl o jeden řád nižší než hodnota kapacity. Z toho vyplývá, že u 20Ah akumulátoru s kapalným elektrolytem by nabíjecí proud neměl překročit hodnotu 2 A. Obecně platí, že olověné akumulátory s tekutým elektrolytem by se měly nabíjet maximálním proudem nejvýše 10 % své kapacity. VRLA baterie by měly být používány pouze s vhodným nabíjecím zařízením s proudem omezeným na 10 % 20hodinové kapacity pro nejlepší výdrž, např. 4 A pro 40Ah baterii, 5 A pro 55Ah baterii, 10 A pro 100Ah baterii, 12 A pro 120Ah baterii, 15 A pro 150Ah baterii. Nabíjecí proud by neměl překročit 10 % kapacity akumulátoru, např. 10 A při kapacitě 100 Ah. Doporučujeme, aby počáteční proud byl omezen na 0,4 CA.
Čtěte také: Druhy nátěrů na OSB
Celková doba nabíjení baterie závisí na stupni jejího vybití. Vezmeme-li v úvahu nabíjení s 90 % kapacity nabíječky - pokud je například 20Ah gelová baterie vybitá na 50 % své kapacity a maximální proudová kapacita nabíječky je 5 A - pak doba nabíjení do plné kapacity bude přibližně cca 2,5h. Tato doba se může prodloužit v závislosti na stupni sulfatace akumulátoru. Nabíjení gelové baterie určené pro traktor se nijak neliší od dobíjení jiných gelových baterií. K tomuto účelu použijte nabíječku určenou pro gelové sekundární články nebo univerzální nabíječku.
Zapojení Více Baterií
Paralelní Zapojení
V případě paralelního zapojení jsou stejné svorky spojeny dohromady (např. svorka „+“ baterie č. „n“ se svorkou „+“ baterie č. „n+1“ a podobně svorka „-“ baterie č. „n“ se svorkou „-“ baterie č. „n+1“). Baterie se pak nabíjejí stejným napětím a výsledná kapacita je součtem kapacit všech baterií připojených ke stejné nabíječce. Pokud například paralelně připojíte tři baterie s kapacitou 20 Ah a jmenovitým napětím 12 V a připojíte je k výstupním svorkám nabíječky, řídicí systém nabíjení je rozpozná jako baterii se jmenovitým napětím 12 V a kapacitou 60 Ah. Složitější nabíječky mohou obsahovat několik párů výstupních svorek a v takovém případě je celkový nabíjecí proud součtem proudů odebíraných jednotlivými bateriemi připojenými k nabíječce.
Sériové Zapojení
Naproti tomu při sériovém zapojení jsou baterie vzájemně propojeny různými svorkami (např. svorka „-“ baterie „n“ se svorkou „+“ baterie „n+1“ a svorka „-“ baterie „n+1“ se svorkou „+“ baterie „n+2“), přičemž je třeba mít na paměti, že svorka první baterie s vyšším potenciálem („+“) musí být stále připojena ke kladnému pólu napájení z nabíječky a svorka s nižším potenciálem poslední baterie („-“) musí být stále připojena k zápornému pólu (zemi) nabíječky. Při takovém zapojení se napětí akumulátorů sčítají, ale jejich celková kapacita se nemění. Zapojíme-li tytéž dříve probírané baterie do série, bude výsledné napětí naměřené nabíječkou přibližně 36V. Vždy zvolte způsob připojení, který je kompatibilní s hardwarovými možnostmi nabíječky.
Vybíjení a Životnost Baterie
Správné nabíjení baterií pomocí nabíječky ovlivňuje nejen životnost, ale také kapacitu. Životnost gelových a AGM akumulátorů ovlivňuje také hloubka vybití a jejich cyklování. Vyhněte se proto častému a hlubokému vybíjení. Pokud je to možné, nabíjejte baterii před dalším použitím alespoň několik minut.
Akumulátory pro cyklický provoz jsou svou konstrukcí určeny k opakovanému vybíjení a nabíjení. Tyto GELové baterie velmi dobře snáší hluboké vybití. Jsou určeny např. pro ostrovní FV elektrárny, kdy jsou přes den nabíjeny a v noci vybíjeny, pro provoz na lodích, pro motory, elektrické vozíky atd. Když se baterie blíží ke konci své životnosti, zkracuje se její vybíjecí cyklus. Nakonec baterie ztratí svoji průměrnou kapacitu, dojde k vnitřním zkratům a/nebo k vyschnutí elektrolytu.
Vzhledem k výše popsaným faktorům ovlivňujícím životnost akumulátoru, závisí doba životnosti na hloubce vybití v každém cyklu. Odhadovaná životnost akumulátoru v udržovacím režimu je 5 - 18 let (dle typu baterií).
Tabulka: Orientační počet cyklů při 50% vybití
Následující tabulka porovnává orientační počet vybíjecích cyklů při 50% hloubce vybití pro různé typy olověných baterií:
| Typ baterie | Počet cyklů (při 50% vybití) |
|---|---|
| Klasické startovací autobaterie | ca. 100 |
| Baterie "DUAL PURPOSE" | ca. 200 |
| AGM baterie | ca. 500 |
| Pravé gelové baterie | 1000 a více |
Chemické Procesy Během Provozu VRLA Baterií
Při vybíjení gelové baterie se koncentrace kyseliny sírové postupně snižuje a reakcí mezi oxidem olovnatým kladné elektrody, houbovitým olovem záporné elektrody a kyselinou sírovou v elektrolytu vzniká síran olovnatý. Během nabíjení se síran olovnatý v kladné a záporné elektrodě přeměňuje na oxid olovnatý a houbovité olovo a se separací sírových iontů se zvýší koncentrace kyseliny sírové.
Během poslední nabíjecí periody tradičních olověných baterií se voda spotřebovává reakcí na vývoj vodíku. Vyžaduje tedy kompenzaci vody. Při aplikaci vlhkého houbovitého olova pohotově reaguje s kyslíkem, čímž účinně řídí úbytek vody. Je to stejné jako u tradičních gelových baterií od začátku nabíjení až před konečnou fázi, ale při přebití a v poslední fázi nabíjení začne elektrická energie rozkládat vodu, záporná elektroda bude ve stavu vybití, protože kyslík z kladné desky reaguje s houbovitým olovem záporné desky a kyselinou sírovou elektrolytu.
To omezuje vývoj vodíku na záporných deskách. Část záporné elektrody ve vybíjecím stavu se během nabíjení přemění na houbovité olovo. Množství houbovitého olova vytvořeného při nabíjení se rovná množství síranového olova v důsledku absorbování kyslíku z kladné elektrody, což udržuje rovnováhu záporné elektrody a také umožňuje utěsnit 12V 12ah gelová baterie. Reakce po konečné fázi nabíjení: Jak ukazují, kladná elektroda a nábojstav kyslíku produkoval zápornou elektroduaktivní materiál, rychlá reakce na regeneracivoda, takže voda malá ztráta, takže gelová bateriedosáhne pečeti.
Údržba, Skladování a Bezpečnost
Akumulátory AGM a GEL jsou uzavřené olověné akumulátory a při správném používání je není třeba doplňovat. Gelové a AGM baterie jsou spolehlivé a výkonné baterie, které mohou poskytovat dlouhodobou službu. Položte baterii opatrně na zem, neupouštějte ji. Baterie by měly být skladovány na suchém, chladném a čistém místě. Akumulátor skladujte ve stabilní poloze, mimo vodivé materiály, které by mohly zkratovat póly. I vzhledem k nízkému samovybíjení je třeba zajistit jistá opatření, a to hlavně s ohledem na možné hluboké samovybití při dlouhém skladování. Při skladování baterie vždy odpojte od přístroje nebo zátěže. Baterie pravidelně dobíjejte. Baterii čistěte vlhkým měkkým hadříkem.
Jmenovitá provozní teplota baterií v záložním provozu (nouzové napájení), při které je dosaženo maximální životnosti, je přibližně 20 °C. Životnost baterie v záložním provozu se snižuje na polovinu při každém zvýšení teploty o 10 °C, počínaje jmenovitou hodnotou. Optimální provozní teplota uváděná výrobcem, je 20 až 25°C. Při trvalém nebo častém překračování těchto hodnot se životnost baterie dramaticky snižuje. Při extrémně vysokých provozních teplotách může dokonce dojít k nevratnému poškození. Je-li baterie dlouhodobě vystavována provozním teplotám přes 40°C, při kterých se veškeré chemické procesy urychlují, začíná docházet k vysokému plynování a tudíž i přetlaku uvnitř článku. Za takových okolností již ventily nedokážou tento přetlak regulovat a hromadící se plyny nestačí unikat. Akumulátor se zahřívá a plastová schránka se deformuje a zvětšuje objem (doslova se nafoukne).
S nárůstem teploty dochází k urychlení elektrochemických procesů v akumulátoru a naopak. Proto by se zvyšující teplotou mělo dojít ke snížení nabíjecího napětí k eliminaci možného přebíjení a naopak nedobití v případě poklesu teploty. Pokud chcete využít maximální životnost akumulátoru, teplotně kompenzovaný nabíječ je vřele doporučován. Doporučený teplotní kompenzační činitel je ±3mV/°C/článek (udržovací režim) nebo ±4mV/°C/článek (cyklický režim). Teplota, od které se doporučuje provádět kompenzaci je 20°C.
V některých případech se z baterie může uvolňovat hořlavý plyn. Baterie nevystavujte vlivu plamene nebo jiných tepelných zdrojů. Nezkoušejte baterie rozebírat! Hrozí únik kyseliny. Při potřísnění kůže nebo oděvu ji okamžitě omyjte vodou a oděv vyperte. Baterie exploduje pokud je vhozena do ohně.
Volba a Kontrola Nabíječky a Baterie
Před spuštěním systému zkontrolujte připojení, zejména správnou polaritu a správné zapojení. Správné nabíjení bezúdržbových akumulátorů se pozitivně odrazí na životnosti. Je nutné správně nastavit a sledovat napětí.
Před začátkem procesu nabíjení se vždy ujistěte, jaké jmenovité napětí má vaše baterie. Dále ověřte, je-li Vaše nabíječka vhodná k nabíjení daného typu akumulátoru (AGM, GEL) a disponuje-li vhodným jmenovitým napětím.
- Nastavení napětí: Podle údajů na baterii nastavte správné jmenovité nabíjecí napětí pro 12V baterie nebo 6V baterie, některé nabíječky nedisponují přepínačem, stačí tedy pouze ověřit, shodují-li se údaje na obou komponentech.
- Odvětrávání: Zkontrolujte, že odvětrávání (štěrbiny ventilů) není znečištěné či zaslepené, a plyny mohou v případě nutnosti volně unikat z baterie. Odvětrávání = štěrbiny ventilů ve víku baterie (shora či z boku), v případě ucpání hrozí hromadění plynů uvnitř baterie, potažmo nevratné poškození.
- Nastavení automatické nabíječky: V případě, že má nabíječka více možností nastavení, řiďte se návodem výrobce nabíječky. Zpravidla se nastavuje nabíjecí napětí a proud.
Obecně platí, že baterie se nabíjí po dobu nutnou k dosažení znaků plného nabití. U bezúdržbových baterií bez zátek, či AGM se zasáknutým elektrolytem, již nelze hustotu změřit, v žádném případě se nepokoušejte do baterie vniknout! U 12V bezúdržbové olověné baterie typu AGM či GEL, nabíjené běžným způsobem, manuální nabíječkou, lze odhadnout stav nabití pomocí změření napětí na pólech během nabíjení. Orientační zjištění kapacity lze následně provést vhodným měřícím přístrojem - voltmetrem. Měříme bez zatížení, tedy pouze napětí bez odběru proudu.
Při nákupu akumulátoru je dobré vycházet z požadavků předepsaných výrobcem zařízení, do kterého akumulátor pořizujeme. Dbejte na správný výběr podle typu akumulátoru (AGM, GEL, trakční), napětí, kapacity (ta se může mírně lišit) a rozměru. Výrobce většinou nerozhoduje, obecně však doporučujeme vyhnout se nejlevnějším bateriím na trhu, kde je nízká cena spojena většinou s nižší životností baterie.
Řešení Problémů s Hluboce Vybitou Gelovou Baterií
Chytré nabíječky potřebují buzení, které vyšťavenky neposkytnou. Nová chytrá nabíječka se prostě nespustí při přílišném vybití baterky - jakoby ji necítí a nenabíjí. Jedním z řešení je nechat hodinu nastartované auto a připojenou přes startovací kabely KO baterku. Poté ji zkuste nabít nabíječkou, uvidíte co se stane. Co můžete ztratit?
Zkušenosti ukazují, že baterie se po dobíjení přes nastartované auto po dobu 20 minut nabila natolik, že ji inteligentní dobíječka na gelovky rozpoznala a chytla se (chytré nabíječky píšou, že nerozpoznají baterii, která je podvybitá pod 60 procent a nespustí se) a pak ji nabila úplně. Vím, že není dobré nechat gelovku moc vybít, ale stalo se. Baterie pravděpodobně nebyla vybitá úplně, ale její úroveň nabití klesla pod prahovou hodnotu pro rozpoznání chytrou nabíječkou. Díky pomoci z auta se podařilo baterii dostat nad 60 %, aby se nabíječka chytla. To je důležité ponaučení: nikdy nezazimovat použitou baterii, aniž bychom ji dobili!
tags: #12V #gelová #baterie #vybíjení #nabíjení