Brzo punjenje SLA baterija

[Doca]

Na mnogo mesta na NET-u ćete videti da se striktno preporučuje punjenje SLA (Sealed Lead Acid) baterija strujom NE VEĆOM od C/3. Čim se neko pojavi na nekom forumu i pita kako bi mogao brže da napuni neku SLA bateriju, odmah svi uleću sa savetima da se striktno drži preporuka proizvođača i da to mora da se puni polako i više sati. Novija istraživanja međutim, pokazuju da to uopšte nije tako i da je moguće sasvim uspešno i bez štete po bateriju ili rizika za vas puniti ovaj tip baterija i ubrzanom metodom i mnogo većim strujama.

Da prvo kažem šta u stvari znači punjenje strujom koja je C/3. Kapacitet baterija se obično obeležava sa "C" (od Capacity) kod ovog tipa baterija je uvek u Amper-časovima ili "Ah". Dakle ako na bateriji piše 12V/7Ah i ako sledite navode proizvođača, treba da je punite strujom koja nipošto nije veća od C/3 a to znači 7Ah/3=2,3A. Za punjenje proizvođači uvek preporučuju još manje struje reda C/5 do C/10.

Novija istraživanja u automobilskoj i vojnoj industriji sprovode se svakodnevno od strane velikog broja istraživača i svi oni istražuju mogućnosti da se takve baterije pune za što kraće vreme. David Linden u svojoj knjizi "Battery Handbook" navodi sledeće: "The VRLA battery is capable of recombining the oxygen produced on overcharge up to the C/3 rate of constant current charge. At higher rates the recombination reaction is exceeded by the rate of gas generation." (VRLA = Valve Regulated Lead Acid baterije su SLA baterije koje imaju sigurnosni ventil koji reguliše pritisak unutar baterije a takva je većina današnjih SLA baterija).
U prevodu: "VRLA baterije su sposobne da izvrše rekombinaciju(apsorbovanje) celokupnog kiseonika koji se stvara kod prepunjavanja pri punjenjima konstantnom strujom do C/3. Pri još većim strujama sposobnost rekombinacije biva nadjačana količinom gasa koji se stvara."
Pravilno tumačenje ove izjave bi bilo da se kiseonik NE STVARA unutar baterije tokom normalnog procesa punjenja, već njegovo stvaranje počinje tek kada krene PREPUNJAVANJE baterije. Ako se to prepunjavanje događa pri strujama manjim od C/3, sama baterija je konstrukcijski sposobna da bez ikakvog oštećenja apsorbuje sav nastali kiseonik čak i ako se prepunjavanje nastavi. Problem i šteta po bateriju nastaju ako se prepunjavanje obavlja strujom većom od C/3 jer će tada količina nastalog kiseonika biti veća nego što to baterija može da apsorbuje.

Na drugom mestu u knjizi Linden diskutuje o brzom punjenju i kaže da je postavljao fiksni napon iz punjača i puštao da baterija "povuče" koliko joj treba bez ograničavanja struje. Nakon toga zaključuje: "These data show that the thin-plate VRLA battery can be fast-charged to 100% of the rated capacity in less than 1 hour." = Podatci pokazuju da se VRLA baterija može napuniti do svih 100% svog kapaciteta za manje od 1 sata. I neki drugi istrazivači su radili na ovom problemu pa tako Sandeep Dhameja u knjizi "Electric Vehicle Battery Systems" navodi: "Fast charging does not exhibit detrimental effects on battery cycle life." = Brzo punjenje ne pokazuje nikakav negativan efekat na životni ciklus baterija. On je to ispitivao pri strujama punjenja od 8C do 9C, znači 24 do 27 puta većom strujom nego što proizvođači navode, ali nije punjenje gurao preko 80% napunjenosti baterije. Takođe i David Anthony, James Rand, P. T. Moseley, J. Garche i C. D. Park u knjizi "Valve-regulated Lead-acid Batteries" kažu: " It is now abundantly clear that thin-plate VRLA batteries can be fast charged with excellent results. Contrary to previous beliefs, for a given VRLA product, the imposition of aggressive charging algorithms that minimize the effects of the oxygen cycle and finish the charge relatively quickly can result in superior cycle lives."
Drugim rečima, brzo punjenje će čak omogućiti veći broj ciklusa punjenja nego ako to uvek obavljate strujama ispod C/3.

Ja takodje imam potrebu za brzim punjenjem dve 6V/4,5Ah SLA baterije za moj bait-boat za ribolov pa sam i sam krenuo u malo istraživanje problema. Do sada sam testirao 14 razlicitih SLA baterija, različitih napona i kapaciteta kao i raznih proizvodjača. Neke od njih su povremeno punjene i strujama od 3C i 4C i to koliko vidim bez ikakvih negativnih posledica. Potom sam se okrenuo rešavanju svog slučaja i na kraju došao do rešenja koje je dato na priloženoj šemi.

Specifičnost mog slučaja je u tome što punjač mora da radi sa ulaznim naponom od 12V DC tj. izvor struje je automobilski akumulator jer sve to treba da funkcioniše negde u prirodi gde nema zidne utičnice i mrežnog napona od 220V. Moj brzi punjač koristi jedan fabrički gotov modul takozvanog BUCK konvertora baziranog na IC LM2596. BUCK konvertor je u stvari jedan prekidački stabilizator koji viši ulazni napon pretvara u niži a sa što manjim gubitcima. Ovaj koji sam ja koristio ima mogućnost kontinualne regulacije i izlaznog napona i izlazne struje. Pošto je zbog upotrebe brodića potrebno da on nije van pogona predugo dok čeka da se napune baterije, struja punjenja je podešena na 2-2,5 Ampera. Ono što fabricki konvertor nema u sebi a što je kod brzog punjenja neophodno je precizna kontrola napona do kog se baterija napunila kako bi se u pravom momentu punjenje prekinulo i na taj način izbeglo prepunjavanje koje je za bateriju opasno. To sam rešio malim dodatnim sklopom koji sadrži izvor vrlo preciznog napona sa TL431A, komparator sa kolom LM311 i snažni MOSFET IRFZ44 sa vrlo malim unutrašnjim otporom kad je u stanju provodjenja. Ceo ovaj dodatni sklop se napaja direktno sa ulaznog napona tj. sa 12V iz auto-akumulatora.

Dokle god je napon baterije koja se puni manji od referentnog napona koji postavlja TL431 bice izlaz iz komparatora (nožica 7) na potencijalu punog pozitivnog napona napajanja dakle na +12V. LED dioda tada neće svetleti a gejt MOSFET-a je tako pobudjen da će IRFZ44 biti potpuno otvoren i izmedju svog Drejna i Sorsa imati veoma mali otpor reda nekoliko milioma - praktično kao da je kratak spoj izmedju Drejna i Sorsa. Baterija se tada ubrzano puni i kada napon na njoj dostigne 7,4V izlaz komparatora će naglo pasti skoro na nulu što će momentalno zatvoriti MOSFET i izmedju njegovog Drejna i Sorsa vise neće teći nikakva struja - brzo punjenje se prekida. Tada će da se upali i LED dioda označavajuci kraj procesa. Ako je napon na bateriji dostigao 7,4V (2,46V po ćeliji) to je znak da je sasvim napunjena pa bi svaki dalji nastavak punjenja pretstavljao PREPUNJAVANJE te zato proces mora tada da se prekine. Postoji još jedan otpornik od 22 oma vezan paralelno MOSFET-u. Njega sam nazvao "Float resistor" jer on po završetku procesa brzog punjenja obavlja ulogu ograničenja struje na takvu meru da se baterija i dalje veoma lagano održava na punom kapacitetu. Njegova vrednost je takva da tu struju dopunjavanja postavlja na oko C/100 tj. oko 45-50mA u mom slučaju.

Ja nisam posebno razradjivao pločicu za ovaj sklop jer je šema dovoljno jednostavna da se lako uradi i na Protoboardu.

[GigaWatt]

Браво . Одлично истражување . Не сум читал ниедна од книгите, но дефинитивно добра референца (препорака) за книги околу батерии имаш во post-от . Како што пиша, нема потреба од ППК, може скоро секој да ја изработи и на универзална плочка .

[batka]

Доко,добра и исцрпна обработка на темата.Благодариме што ја постираш на Форумов.Слични проблеми имав јас на времето,само го решив со три акумулатора Ова ти е добра идеја и заслужува внимание.

[Doca]

Hvala lepo ljudi! Zeleo sam da nesto svima korisno podelim jer me je uvek intrigiralo a ponekad i nerviralo ono fanaticno drzanje samo za preporuke proizvodjaca, a evo izgleda da to i ne mora bas tako. To ne znaci da poducavam ljude da se ne pridrzavaju onoga sto proizvodjac preporucuje, ali uvek treba razmisliti da li je to striktno tako bas u svim oblastima i kod svih proizvoda.

[GigaWatt]

To ne znaci da poducavam ljude da se ne pridrzavaju onoga sto proizvodjac preporucuje, ali uvek treba razmisliti da li je to striktno tako bas u svim oblastima i kod svih proizvoda.

Да, токму така, и јас исто мислам. Ако производителот ми препорачува нешто што и не ми е баш најлогично, секогаш додатно се информирам за да проверам дали е тоа навистина точно . А колку што прочитав, сите наведени автори на книги за VSLA батерии, викаат дека е неточно тоа што производителите го декларираат во врска со полнењето на батериите, така да, веројатноста е мала дека сите автори згрешиле . Исто така, помислете и од перспектива на производител: никој не сака неговиот производ да трае многу долго, тоа е проста капиталистичка логика . Сите сакаат пак да купиш нов производ од нив, а стариот да го фрлиш .

[batka]

Стално тоа го велам,за било која фела: треба да се проба и да не се верува стриктно на карактеристиките кои ги дава производителот.Тоа важи за многу производи од електроника за широка употреба,од евтини до малку поскапи.Дури и брендовите не се како некогаш,ако купиш монитор Филипс не значи дека е квалитетен.Стално повторувам дека при купување пр.на звучници подобро е да ги видите и слушнете,а никако да не се понесувате по некои параметри кои производителот ги дава.Значи се слагам дека треба малку човек да поработи и експериментира за да дојде до она што му одговара!

[didy]

Што ќе се случи ако акумулаторот е испразнет повеќе од 1,8 Волт по ќелија, и се полни со поголема струја, тогаш се јавува сулфуризација на ќелиите. Подобро би било да има автоматика да полни со помала струја се до прагот кога нема да преставува проблем.
Од списанија Електроника Даиџест од Бугарија секој полнач има отпрник директно пред грец кои полни со 10% наизменична струја од струјата на полнење поради таа сулфуризација.

[Doca]

U takvim slucajevima kada je SLA baterija ispraznjena ispod 1,8V po celiji, svakako se ne treba igrati sa velikim strujama punjenja. Ali molim da svi shvate: TO I NIJE NORMALNA SITUACIJA! Moj tekst se bavi i podrazumeva upotrebu "zdrave" i kvalitetne baterije, ne neke koja je ko zna sta vec prezivela.
Pazljiv korisnik nikada nece dopustiti da se baterija toliko isprazni jer tada u izvesnoj meri pocinju ireverzibilni hemijski procesi u bateriji koji pod nekim uslovima mogu dovesti do havarije pa cak vas i fizicki ugroziti ili napraviti vecu stetu okolini.
To ne znaci da se ne sme pokusati da se takva baterija povrati i ponovo puni i koristi, ali od tada uvek mislite da je moguce da vas izda i budite vrlo oprezni tokom koriscenja.

[Maki]

što je kod brzog punjenja neophodno je precizna kontrola napona do kog se baterija napunila kako bi se u pravom momentu punjenje prekinulo i na taj način izbeglo prepunjavanje koje je za bateriju opasno.

Zeleo sam da nesto svima korisno podelim jer me je uvek intrigiralo a ponekad i nerviralo ono fanaticno drzanje samo za preporuke proizvodjaca, a evo izgleda da to i ne mora bas tako. To ne znaci da poducavam ljude da se ne pridrzavaju onoga sto proizvodjac preporucuje, ali uvek treba razmisliti da li je to striktno tako bas u svim oblastima i kod svih proizvoda.

Одлична шема Doca,со одлично објаснување.
Ја ипак би го нагласил она болдираното,тоа е најважно.Произведителот не за џабе пропишал полнењето треба да биде C/3, тој дава гаранција на акумулаторот и не може да претпостави каков полнач некој ќе употреби,дали ќе има у него прецизна контрола на напонот или нема да има,па најсигурно му е да препорача полнењето највише на C/3.
Тоа не значи дека произведителите појма немаат а Maki, batka и GigaWatt више знаат од нив, или дека производителите намерно препорачуваат погрешен начин за полнење за да трајат пократко акумулаторите и за да им се продаваат у поголема количина, као што мислат GigaWatt и batka:

помислете и од перспектива на производител: никој не сака неговиот производ да трае многу долго, тоа е проста капиталистичка логика

Стално тоа го велам,за било која фела: треба да се проба и да не се верува стриктно на карактеристиките кои ги дава производителот.

Напротив, треба стриктно да се верува на препораките на производителот,зашто тоа гарантира максимални перформанси при наведените услови, а условите се непознати полначи! Од кај да знае производителот каков полнач некој ќе користи?А треба да даде гаранција за акумулаторот!
Ево,некој го полнел акумулаторот со 8C али без напонска контрола,онда ќе има преполнување и акумулаторот ќе цркне.За да не ги боли глава од рекламации на гаранцијата, производителите препорачуваат полнење со C/3,онда нема проблеми со преполнување.
Само оној што стварно знае што прави и зашто го прави тоа (Doca) може да ги надмине препораките од производителот.
Проба на слепо,без да знаеш што правиш и зашто тоа го правиш,само поради тоа што мислиш дека не треба да им веруваш на производителите, никогаш не носи добри резултати..

[batka]

Баш мислев дека нема да се јавиш,ама ти мора контра да одиш! Дока убаво напиша,даде референци ,каде и како кој запишал и тој ГО ОСМИСЛИЛ И НАПРАВИЛ уредов ,кој за твоја голема жал - ФУНКЦИОНИРА! И повторно,иако не само јас,ами и други тоа го посочуваат, дека без пробање, експерименти,користење литература,ама и * кликер* нема напредок! Дока е свесен дека понекогаш не е добро брзо  полнење ,ама кога ситуацијата налага се оди и на ризик,се проба се добива резултат како во случајов.Иако,според тебе производителите МОРА да НЕ ЛАЖАТ,сепак во повеке случаи нејакажуваат докрај вистината ,бидејки новите производи мора да се трошат и да сеостварува профит! Е,па, како што реков имав случај кога за два-три месеци имав случај кога свесно морав брзо даги полнам акумулатор (ите) и да упропастам три парчиња,ама ситуацијата тоа го налагаше и на крај ми се исплати повекекратно.Значи, на крај ,иако упропастив три акумулатора затоа што  морав да ги полнам што е може побрзо,финансиски  ми се исплати троструко!Ако седржев доупатствата - ке бев во загуба! Е,тоа е ти  она што не го разбираш .
Споено мислење: 29.04.2013, Monday, 15:15:15Дали си читал   како започнал еден Никола Тесла? Мислиш се му одело мазно? Колку работи има упропастено пред да дојде до финален изум? А,немал книги од каде да чита.Ниту производител да му ги чита упатствата.Или Едисон штампаше упатства,мислам.Секој напредок бара жртви Ако не си спремен,само ке си вртиш книги и ке делиш теории.

[Devil]

Интересно објаснето, оставете на тоа, немојте да ја уништувате темата, ретко вака сработена тема да се појави.

Јас планирам еден полнач за акумулатори, само што треба да е со микроконтролер и со неколку режими на работа, почнувајќи од режим на полнење со константна струја, па напон и одржување на одредено ниво, со што во план ми беше да ставам и десулфатор (мислам дека така се вика), ама од тоа немам ништо разгледано, треба убаво да проверам што точно треба да работи тоа за да го внесам.

Ова убаво ќе ми се најде за да си помогнам во работата

[Bojan]

Баш мислев дека нема да се јавиш,ама ти мора контра да одиш! Дока убаво напиша,даде референци ,каде и како кој запишал и тој ГО ОСМИСЛИЛ И НАПРАВИЛ уредов ,кој за твоја голема жал - ФУНКЦИОНИРА! И повторно,иако не само јас,ами и други тоа го посочуваат, дека без пробање, експерименти,користење литература,ама и * кликер* нема напредок! Дока е свесен дека понекогаш не е добро брзо  полнење ,ама кога ситуацијата налага се оди и на ризик,се проба се добива резултат како во случајов.Иако,според тебе производителите МОРА да НЕ ЛАЖАТ,сепак во повеке случаи нејакажуваат докрај вистината ,бидејки новите производи мора да се трошат и да сеостварува профит! Е,па, како што реков имав случај кога за два-три месеци имав случај кога свесно морав брзо даги полнам акумулатор (ите) и да упропастам три парчиња,ама ситуацијата тоа го налагаше и на крај ми се исплати повекекратно.Значи, на крај ,иако упропастив три акумулатора затоа што  морав да ги полнам што е може побрзо,финансиски  ми се исплати троструко!Ако седржев доупатствата - ке бев во загуба! Е,тоа е ти  она што не го разбираш .
Споено мислење: 29.04.2013, Monday, 15:15:15Дали си читал   како започнал еден Никола Тесла? Мислиш се му одело мазно? Колку работи има упропастено пред да дојде до финален изум? А,немал книги од каде да чита.Ниту производител да му ги чита упатствата.Или Едисон штампаше упатства,мислам.Секој напредок бара жртви Ако не си спремен,само ке си вртиш книги и ке делиш теории.

и ти мораш да се јавиш после маки за и ти да одиш контра, маки образложи зашто производителот го пишува тоа С/3 и зашто доца можел и направил полнач што ке полни со голема струја...

[GigaWatt]

Тоа не значи дека произведителите појма немаат а Maki, batka и GigaWatt више знаат од нив, или дека производителите намерно препорачуваат погрешен начин за полнење за да трајат пократко акумулаторите и за да им се продаваат у поголема количина, као што мислат GigaWatt и batka:

помислете и од перспектива на производител: никој не сака неговиот производ да трае многу долго, тоа е проста капиталистичка логика

Стално тоа го велам,за било која фела: треба да се проба и да не се верува стриктно на карактеристиките кои ги дава производителот.

Јас никогаш не пишав дека производителите „појма немааат“. Јас само пишав дека некогаш намерно дезинформираат. А некогаш и намерно пишуваат нешто што е делумно точно, а една од причините е причината која ја наведе (не може да знаат на каков полнач ќе ги полнат батериите, па затоа одат „на сигурно“, за да не им враќаат неисправни акумулатори, полни со C/3 и нема да имаш проблем). Инаку, они најверојатно многу добро знаат кои им се границите на употреба на нивните производи, само што тоа не е секогаш добро да се пише „јавно“ (во datasheet).

[Doca]

Mislim da nema nikakve potrebe za ovakvim razvojem teme, ali nije moje da o tome brinem.
Samo da ljudima dopunim informacije, modul koji sam koristio je kao na ovom linku:

Code: [Select]

http://www.ebay.com/itm/DC-Converter-Constant-Current-Voltage-5-35V-to-1-3-30V-LED-Driver-Charger-LM2596-/370709900991?pt=LH_DefaultDomain_0&hash=item5650082ebf