Ezek az akkumulátorok felépítési és működési módjukból fakadóan precízen kiegyensúlyozott kémiai rendszerként működnek. Azonban a kémiai folyamat megfelelő és teljes körű működése érdekében be kell tartani néhány üzemeltetési szabályt, melyek közül az egyik legfontosabb a helyes töltés. A nem megfelelő töltés következménye minden esetben az akkumulátor kapacitásának és élettartamának a csökkenése.
Anélkül, hogy nagyon belemélyednénk az akkumulátorok kémiai működésébe, a helyes töltés fontosságának jobb megértéséhez ki kell térnünk a kémiai folyamat két részletére.
Kisütés
A kisütés során a pozitív lemezen lévő PbO2 (ólom-dioxid) PbSO4–gyé (ólom-szulfát) alakul, a negatív lemezen lévő Pb (szivacsos ólom) pedig szintén PbSO4–gyé (ólom szulfát) alakul. A folyamat az elektrolit fajlagos sűrűségének csökkenéséhez vezet.
A keletkező ólom-szulfát lerakódik a lemezekre, majd a töltés során visszaalakul ólom-dioxiddá és kénsavvá. A folyamat reverzibilis, azonban hogyha az akkumulátor kisütött állapotban marad, vagy csak részben kerül feltöltésre, az apró ólom-szulfát részecskék nagyobb kristályokká állnak össze, amelyeket már nem lehet visszaalakítani összetevőire a töltés során. Ezt a jelenséget nevezzük szulfátosodásnak, mely egy bizonyos határon túl visszafordíthatatlan és az akkumulátor kapacitásának és élettartamának csökkenéséhez vezet. A szulfátosodást az akkumulátor rendszeres és teljes feltöltésével lehet megelőzni.
Töltés
A töltés során a pozitív lemezen lévő PbSO4 (ólom-szulfát) oxidálódik és visszaalakul PbO2–vé (ólom-dioxid), a negatív lemezen lévő PbSO4 (ólom-szulfát) pedig visszaalakul Pb-vé (szivacsos ólom). Az elektrolízis során a víz alkotóelemeire bomlik, ezáltal gázok fejlődnek, melyek vízzé alakulnak vissza az úgynevezett „oxigén rekombinációs ciklus” során. A pozitív lemezeken a víz elektrolízise során képződő oxigén a szeparátorokon keresztül a negatív lemezek felé diffundál és ott reakcióba lép a lemezben lévő ólom egy részével, ólom-oxidot képezve. Az ólom-oxid reakcióba lép az elektrolitban lévő kénsavval miáltal ólom-szulfát illetve víz képződik.
Ily módon a víz regenerálódik a pozitív lemezeken míg ólom-szulfát képződik a részben kisütött negatív lemezeken. A töltési folyamat feltölti a részben kisütött negatív lemezeket, és a ciklus lezárul.
Az elektrolitban lévő víz és kénsav alkotórészei valamint a negatív lemezen lévő ólom mennyisége eredeti állapotukban jelennek meg a folyamat végén, anélkül, hogy a lemezek töltöttségi állapota változna. (lásd az 1. ábrát is). A gyakorlatban a helyes töltési paraméterek betartása esetén a rekombinációs ciklus megközelítőleg 99%-os hatásfokkal megy végbe.
Forrás: Energom Electronic Kft.
Rendellenes töltés során a cellákban fokozott gázképződés történhet, ami túlnyomást okozhat és akár robbanáshoz is vezethet. Ennek megelőzése érdekében minden cella rendelkezik egy egyirányú szeleppel. Ez a szelep lehetővé teszi a cellában fejlődő gáztöbblet kiengedését, de nem teszi lehetővé a környezeti levegőnek a cellába történő beáramlását.
A kilépő gáz felborítja a cella kémiai egyensúlyát, mivel ezáltal a töltés során kevesebb víz tud képződni, csökken az elektrolit mennyisége és a cella kiszárad. Ez a folyamat az akkumulátor kapacitásának és élettartamának csökkenéséhez vezet. A kiszáradást az akkumulátor megfelelő töltésével lehet megelőzni.
Az alultöltött akkumulátor szulfátosodás miatt megy tönkre, a túltöltött akkumulátor pedig kiszáradás miatt.
A továbbiakban az akkumulátorok töltésével kapcsolatos feltételeket és körülményeket mutatjuk be.
A töltés a gyakorlatban
A töltés célja az akkumulátorból kivett, valamint annak önkisülése során saját maga által felhasznált energia visszatöltése.
A kötött (felitatott) elektrolitú szeleppel vezérelt gázrekombinációs savas ólomakkumulátoroknak a töltési hatásfoka optimális körülmények között 85% körül van. A jobb érthetőség kedvéért, nagyon leegyszerűsített modellként ez azt jelenti, hogy egy teljesen kisütött 100Ah kapacitású akkumulátorba 117-118Ah energiát kell töltenünk ahhoz, hogy kivehessünk belőle 100Ah-át. A meghatározás csak bizonyos körülmények között fedi a valóságot. A gyakorlatban a töltés hatásfoka függ az akkumulátor töltöttségi szintjétől, a környezeti hőmérséklettől és az alkalmazott töltőáram kapacitáshoz viszonyított mértékétől; a kivehető energia pedig még teljesen feltöltött akkumulátor esetében is függ a környezeti hőmérséklettől és a kisütőáramnak a kapacitáshoz viszonyított mértékétől.
A töltés módjának kiválasztása függ az akkumulátor alkalmazásának módjától. Más töltési eljárást kell alkalmazni egy készenléti üzemben működő akkumulátor esetében, mint egy ciklikus üzemben használt akkumulátornál. Jelen cikkünkben a készenléti üzemben működő akkumulátorok töltési módját ismertetjük.
Készenléti üzemben az akkumulátor állandóan csatlakoztatva van a töltőhöz és a fogyasztóhoz és akkor kell neki energiát szolgáltatnia a fogyasztó részére, amikor megszűnik a hálózati feszültség. Ilyen berendezések például a riasztórendszerek vagy a szünetmentes áramforrások. Ezeknek az alkalmazásoknak a többségében az alkalmazott töltési mód a csepptöltés.
A csepptöltéses üzemmód kevésbé terheli az akkumulátort és meghosszabbítja az élettartamát.
Csepptöltés
A csepptöltéses töltés egy két lépcsős töltési eljárás (CC-CV; IU). A töltő áramkorlátos (CC; I) üzemben működik addig, míg az akkumulátor által felvett áram a töltő áramkorlátjának a szintje felett van, majd átáll feszültségkorlátba (CV; U) amikor az akkumulátor által felvett áram a töltő áramkorlátjának a szintje alá csökken.
Két lépcsős töltés feszültség – áram karakterisztikája
Forrás: Powergom Kft
A töltőáram értékét az akkumulátor kapacitása és a fogyasztók áramigénye határozza meg. Az akkumulátor töltőáramának értéke a névleges kapacitás 10-25%-ának megfelelő áram. Egy 100Ah kapacitású akkumulátort 10A és 25A közötti árammal célszerű tölteni. Ehhez adódik hozzá a fogyasztók áramigénye.
A köztudatban elterjedt, 13,8V-os töltőfeszültség értékkel ellentétben a gyártók által javasolt csepptöltési feszültség 2,27V/cella 20°C-on. Egy 6V-os névleges feszültségű akkumulátor esetében ez 6,81V, míg egy 12V-os névleges feszültségű akkumulátor estében 13,62V. A csepptöltési töltőfeszültség az akkumulátort teljesen feltöltött állapotban tartja minimális vízfogyasztás mellett (lásd a töltés kémiai folyamatát).
Az akkumulátorok töltőfeszültség igénye az üzemi hőmérséklet függvényében változik, ezért élettartamuk meghosszabbítása érdekében a 20°C-tól eltérő környezeti hőmérséklet esetén célszerű a töltőfeszültséget a hőmérséklet függvényében szabályozni. A változás mértéke fordítottan arányos a hőmérséklet változásával: -2,5mV/cella/°C azaz 15mV/°C egy 12V-os blokk esetében.
Egy beltérbe telepített riasztóközpont vagy szünetmentes áramforrás házában a hőmérséklet jellemzően 30°C körül van, tehát az akkumulátor számára megfelelő töltőfeszültség érték 13,5V.
A professzionális akkumulátortöltők általában már alkalmasak hőkompenzált töltésre. Ezeknél a hőérzékelő bekötése és az akkumulátor mellé történő elhelyezése biztosítja a szükséges feszültségváltozást. A hőkompenzáció mértéke akkumulátor gyártmány függő, jellemzően -2,5÷-3mV/°C/cella!
A kötött (felitatott) elektrolitú szeleppel vezérelt gázrekombinációs savas ólomakkumulátorok töltési karakterisztikájából adódóan a csepptöltést csak olyan esetekben szabad alkalmazni, amikor átlagosan véve több nap is rendelkezésre áll az akkumulátorok visszatöltésére egy kisütés után. A töltési folyamat utolsó szakasza nagyon elnyúlik. Ebben a szakaszban az akkumulátor a rendelkezésére álló töltőáramnak már csak a töredékét veszi fel, de ez az a töltési szakasz amikor a negatív lemezeken még jelenlévő ólom szulfát alakul vissza ólommá és kénsavvá (lásd a töltés kémiai folyamatát).
Amennyiben az akkumulátornak egymást követően többször sem áll rendelkezésére elegendő idő (több nap) ennek az utolsó szakasznak a befejezésére, a negatív lemezen az apró ólom-szulfát részecskék nagyobb kristályokká állnak össze, amelyeket már nem lehet visszaalakítani összetevőire a töltés során. Ezt a jelenséget nevezzük szulfátosodásnak, mely egy bizonyos határon túl visszafordíthatatlan és az akkumulátor kapacitásának és élettartamának csökkenéséhez vezet. A szulfátosodást az akkumulátor rendszeres és teljes feltöltésével lehet megelőzni.
Gombos Csaba
Energom Electronic Kft.
A cikk az Energom Electronic Kft. szellemi tulajdonát képezi. Egészének vagy részleteinek másolása vagy bármilyen fórumon történő publikálása kizárólag az Energom Electronic Kft. hozzájárulásával engedélyezett.
