EUROBAT GUIDA EUROBAT PER BATTERIE VRLA

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1 EUROBAT GUIDA EUROBAT PER BATTERIE VRLA

2 EUROBAT, l Associazione dei Produttori Europei di batterie, ha 36 iscritti e rappresenta più dell 85% dell industria della batteria in Europa. Agisce come portavoce e fonte di riferimento per promuovere gli interessi dei produttori di batterie avviamento ed industriali nei confronti dei consumatori, delle istituzioni europee e dei governi nazionali. La riproduzione dei dati contenuti in questo rapporto è vietata salvo autorizzazione di EUROBAT. (Eurobat 2003)

3 Prefazione Prefazione Questa guida EUROBAT ha lo scopo di aumentare la conoscenza, la comprensione e l utilizzo di batterie trazione Pb-Acido con regolazione a valvola (VRLA). EUROBAT ne ha richiesto la pubblicazione come documento di riferimento per l utilizzo nelle istituzioni di formazione. Tale guida può servire comunque all utilizzatore di batterie trazione per l acquisizione delle specifiche. All interno il lettore troverà riferimenti alla tecnologia, ai test, agli standard, ed agli aspetti operativi. Altri link si trovano sul web Dr. Albrecht Leuschner President EUROBAT 1

4 G U I D A E U R O B A T P E R B A T T E R I E T R A Z I O N E V R L A Introduzione Introduzione Le batterie VRLA, elementi o monoblocchi, non richiedono di essere rabboccate durante la loro vita. Comparate alle loro corrispondenti ad acido libero in normale attività, i gas di idrogeno ed ossigeno sono prodotti in quantità veramente ridotte e sono espulsi tramite una valvola ermetica che previene ogni entrata d aria. Questo sistema permette di eliminare ogni rischio che l area dove opera la batteria sia contaminata da tracce di elettrolito e non è necessaria una ventilazione supplementare per prevenire l accumulo di idrogeno nell area di carica. Con le tecniche di carica più sofisticate, il costo elettrico per le batterie VRLA è di solito inferiore a quello delle batterie ad acido libero tradizionali. Le batterie VRLA richiedono dei componenti aggiuntivi, dei materiali e processi che sono tuttavia più costosi. Per una buona durata della batteria è indispensabile una carica con correnti controllate elettronicamente da un algoritmo più complicato di quello per le batterie ad acido libero. Ci sono diverse tecnologie VRLA, con diverse tecniche di carica; può essere non possibile caricare batterie aventi la stessa tensione e simili capacità con lo stesso caricabatterie se le batterie sono di produttori differenti che hanno seguito tecnologie produttive differenti. I costi di produzione per le VRLA ed i loro caricabatterie sono molto più elevati di quelli che si sostengono per i prodotti ad acido libero. Per alcune applicazioni, in particolare per lavori che prevedono delle scariche profonde o dove ci siano basse temperature, la vita delle batterie VRLA può ridursi. Per una buona durata della batteria, l applicazione dovrebbe venire sottoposta al produttore per avere le raccomandazioni del caso. Tecnologia Tecnologia L accettazione della carica da parte delle piastre positive e negative di una batteria al piombo-acido si riduce quanto più la ricarica si avvicina al suo completamento. L aumento della tensione di polarizzazione è accompagnata dalla decomposizione dell acqua tramite reazioni elettrochimiche che producono ossigeno da parte delle piastre positive e idrogeno dalle negative. Di solito la riduzione dell accettazione della carica ed il passaggio alla reazione di gasificazione avviene prima ed in maggior misura nella piastra positiva che nella negativa. L acido solforico dell elettrolito è un reagente nella batteria al Pb-acido. Viene consumato durante la scarica e la densità dell elettrolito si riduce. L acido solforico che viene prodotto durante la ricarica è relativamente denso e si deposita, per gravità, sul fondo dell elemento. Se l elettrolito non venisse mescolato, la concentrazione di acido solforico sul 2

5 G U I D A E U R O B A T P E R B A T T E R I E T R A Z I O N E V R L A fondo dell elemento sarebbe troppo forte per una carica efficiente e per il buon funzionamento dell elemento e non ci sarebbe acido solforico sufficiente nella parte alta dell elemento a supportare la scarica della parte superiore della materia attiva. La stratificazione dell elettrolito è il termine usato per descrivere una densità di elettrolito a livelli, che non è disgregata da un processo di carica regolare. Nelle batterie ad acido libero la sovraccarica deve essere sufficiente a completare la ricarica delle piastre positive e negative e a mescolare l elettrolito producendo bolle di idrogeno ed ossigeno. Il contenuto d acqua dell elettrolito deve essere mantenuto tramite periodici rabbocchi. L inconveniente dei rabbocchi periodici nelle batterie ad acido libero è effettivamente ridotto se si utilizza un sistema di rabbocco centralizzato. Il consumo d acqua e la frequenza dei rabbocchi per le batterie ad acido libero sono ridotti, ma non eliminati, nei regimi a Ridotta Manutenzione che usano elementi di tecnologie elettrochimiche avanzate. La stratificazione dell elettrolito è controllata sia dall applicazione di parte della sovraccarica a tasso ottimizzato per il mescolamento dei gas dell elettrolito, sia usando una pompa per il mescolamento. Presupponendo che l elettrolito venga mescolato, la capacità della batteria può essere sostenuta con una minore carica per ciclo, che si raggiunge modificando l algoritmo di fine carica. In questo modo i costi elettrici ed il consumo d'acqua vengono ridotti. Nelle batterie VRLA la distribuzione della densità dell elettrolito, che porta alla stratificazione, è controllata dall immobilizzazione dell elettrolito stesso che può essere presente come gel oppure assorbito in separatori di microfibra di vetro (AGM). Il mescolamento dell elettrolito non è necessario. I prodotti Gel ed AGM delle batterie VRLA hanno caratteristiche che differiscono soprattutto riguardo la tecnica di carica. Le batterie VRLA non sono completamente saturate con l elettrolito così che l ossigeno prodotto dalle piastre positive, quando la carica è vicina al completamento, può diffondersi e reagire con le piastre negative, ritardando la carica del più efficiente elettrodo. In questo modo, con un appropriato regime di carica, è possibile bilanciare la carica delle piastre positive e negative con una carica relativamente bassa. Nel ciclo dell ossigeno, questi reagisce con la piastra negativa e previene un equivalente produzione di idrogeno. Il tipico sviluppo di gas e perdita d acqua nelle VRLA è meno dell 1% di una carica equivalente. In assenza di stratificazione di elettrolito, nelle VRLA è necessaria una carica più bassa per ciclo e grazie al ciclo dell ossigeno, la perdita d acqua e la produzione di gas sono sostanzialmente eliminati. I pochi materiali impuri e le leghe prive di antimonio contribuiscono a garantire una lunga durata delle batterie VRLA senza rabbocchi d acqua. 3

6 G U I D A E U R O B A T P E R B A T T E R I E T R A Z I O N E V R L A Test Test e Standard e Standard La IEC (1997), batterie al piombo acido è applicabile alle batterie VRLA. La capacità di scarica è specificata a 5 ore misurata o corretta ad una temperatura di riferimento di 30 C. La corrente di scarica di 20A per 100h della capacità nominale è mantenuta finché la tensione media dell elemento scende a 1,70V. La vita in cicli della batteria è determinata da cicli al 70% di scarica a 20A/100h per 3,5h e dalle raccomandazioni del produttore per la ricarica. Durante questi cicli, la temperatura dell elemento dovrebbe rientrare tra i 33 e i 43 C. Il test di resistenza dei cicli è completato quando, in una scarica misurata periodicamente, la capacità scende sotto l 80% di quella nominale. In questo test, si dovrebbe raggiungere un numero di cicli almeno uguale a quello stabilito dal produttore. Per batterie trazione ad acido libero i cicli sono al 75% di scarica con 25A per 100 Ah fino a che la capacità misurata scende al di sotto l 80% della capacità nominale Operatività Operatività Manutenzione Le batterie VRLA non richiedono di essere rabboccate con acqua. Qualsiasi rischio di fuoriuscite è eliminato, evitando anche cammini elettrici parassiti o corrosioni della batteria, del cassone, del veicolo o della sala carica. Carica I carica batterie per batterie AGM o gel sono diversi a seconda della tecnologia seguita. L effetto di ricombinazione dei gas, che virtualmente elimina la perdita d acqua nella forma di idrogeno ed ossigeno, influenza la tensione nella carica. Incidono quindi sull algoritmo di carica sia il modo in cui la corrente viene fornita alla batteria che i diversi controlli di sicurezza che dovrebbero venire applicati. Con le VRLA vengono utilizzati dei carica batterie elettronicamente controllati, di modo che il profilo di carica specificato e l algoritmo finale vengano seguiti indipendentemente dalle fluttuazioni della rete di alimentazione. La carica deve essere conforme alle raccomandazioni o specifiche del produttore della batteria. La temperatura influenza la carica: più alta è la temperatura, più bassa è la risposta della tensione alla corrente. La compensazione della carica basata sulla temperatura della batteria può aiutare ad evitare tale effetto. Per attività a basse temperature (es. celle frigorifere) consultare il produttore della batteria. Sebbene possa contribuire ad alzare la temperatura della batteria, una carica estemporanea può essere appropriata per alcune applicazioni, come pure una 4

7 G U I D A E U R O B A T P E R B A T T E R I E T R A Z I O N E V R L A durata di vita ottimale può richiedere profili speciali di carica estemporane per la piena ricarica. Il produttore della batteria dovrebbe essere consultato per le specifiche. Temperatura di lavoro % depth prof. of di discharge scarica % of della C5 capacity capacità C5 La capacità di una batteria è riferita ad una temperatura di 30 C. Come mostrato nella figura, la capacità è influenzata dalla temperatura e viene ridotta significativamente a basse temperature. La durata della batteria si riduce Capacità Capacity a available diverse temperature different temperatures batterie for VRLA batteries Termperatura Ideal operating temperature ideale Temperatura Acceptable operating accettabile temperature Fare Refer riferimento manufacturer al manuale before using prima in these di lavorare temperatures a questa T 120% 100% 80% 60% 40% 20% 0% -20 C -10 C 0 C 10 C 20 C C 45 C Temperature Temperatura alle alte temperature, mentre l efficienza della carica si riduce alle basse temperature. La temperatura della batteria dipende dall impiego della batteria stessa, dalle sue dimensioni così come dalla temperatura ambiente. Per applicazioni dove la temperatura ambiente sia al di fuori dell intervallo accettabile, si dovrebbe consultare il produttore della batteria. Durata Batteria e Controllo della profondità di scarica La relazione tra la vita della batteria e la profondità di scarica è illustrata nella figura. Più critica che per le batterie ad acido libero, dove una buona durata può essere ottenuta limitando le scariche ad un 80% della capacità nominale, per le Effetto Effect della of depth profondità discharge scarica sui on battery cicli della cycle batteria life batterie VRLA la profondità della scarica deve essere limitata al 70%. 80% L installazione di un bloccaggio idraulico o di un indicatore di scarica 70% 60% 50% può risultare necessaria per ottimizzare la vita della batteria. Si può anche far riferimento alla documentazione ZVEI Considerazioni sulla vita delle batterie 40% trazione. 30% 100% 120% 140% 160% 180% 200% Vita service batteria life 5

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