Provozní podmínky olověných akumulátorů, ať už jako součást záložních zdrojů používaných v automatizačních a telemechanických systémech pro druhy dopravy, telekomunikačních zařízení, zabezpečovacích a protipožárních systémů a dalších zařízení, umožňují jejich různé umístění a instalaci přímo na provozním místě. samotné zařízení.. Pokud jsou olověné baterie umístěny uvnitř ve speciálně vybavených bateriových místnostech s topnými, ventilačními a klimatizačními systémy, pak se jejich provozní podmínky zpravidla jen málo liší od podmínek předepsaných výrobcem. Zvláštní pozornost si zaslouží provozní podmínky baterií v externích skříních, kde není prakticky žádný rozdíl s okolní teplotou. V tomto případě nejsou vždy splněny požadavky na režim nabíjení baterie, často jsou provozovány při nízkých a dokonce i mínusových teplotách. To zase omezuje nejen dostupnou vybíjecí kapacitu baterií, ale také často vede k jejich neustálému podbíjení.

Všechny technické charakteristiky olověných akumulátorů, včetně projektované životnosti, jsou stanoveny pro referenční teplotu 20° (obvykle pro evropské výrobce) nebo 25°C (hlavně pro výrobce v jihovýchodní Asii), v závislosti na sérii baterií a výrobci. Udržet tuto teplotu po celou dobu životnosti je velmi obtížné, proto se doporučená provozní teplota bez použití teplotního korekčního koeficientu pohybuje mezi 10-30°C. Mnoho typů baterií v této řadě nevyžaduje regulaci nabíjecího napětí pomocí teplotního koeficientu.

Závislost kapacity baterie na teplotě

Jak je uvedeno výše, provozní podmínky baterie v externích skříních se výrazně liší od podmínek doporučených výrobcem. V zimě v nich v závislosti na regionu může teplota klesnout i pod -50°C. Proto jsou za těchto podmínek baterie nabíjeny zpravidla zvýšeným napětím na bázi 0,003 V/°C, odlišným od doporučeného výrobcem.

Při provozu olověných akumulátorů při nízkých teplotách je omezena jejich přípustná vybíjecí kapacita.

U uzavřených olověných baterií („AGM“ a „GEL“) jsou v tabulce uvedeny přibližné údaje o závislosti kapacity v procentech z okolní teploty.

Přibližný graf závislosti dodávaného výkonu (Cap.) jako procento jmenovitého výkonu na teplotě (°C) je uveden na Obr. 1. Pokud předpokládáme, že 100% kapacita baterie odpovídá teplotě 25°C, pak graf ukazuje, že s poklesem teploty jiným než 25°C se uvolněná kapacita baterií snižuje a s nárůstem naopak klesá. zvyšuje se.

Toto chování olověného akumulátoru se vysvětluje inverzní závislostí jeho vnitřního odporu na teplotě. Hodnota odporu se zvyšuje především v důsledku zhoršování vodivosti elektrolytu a také s vybíjením baterie. Je to dáno tím, že při záporných teplotách klesá rychlost difúze iontů elektrolytu (a jeho koncentrace v pórech aktivní hmoty), vodivost samotné aktivní hmoty a separátoru. V tomto případě se elektrická vodivost jako celek snižuje.

READ
Co je teplejší: keramzit beton nebo plynosilikát?

S nárůstem vnitřního odporu se zvyšuje polarizace a vytvářejí se podmínky pro tvorbu jemně krystalických hustých usazenin síranu olovnatého, způsobujících pasivaci záporné elektrody.

Pokud si vzpomeneme na Ohmův zákon pro úplný obvod (I= ε/R+r), který stanoví vztah mezi proudovou silou, elektromotorickou silou (EMF) a vnějším a vnitřním odporem v obvodu, můžeme vidět, že čím vyšší je vnitřní odpor (zejména elektrolytu) a zvyšuje se s klesající teplotou, čím menší je proud dodávaný baterií, a tedy i kapacita baterie samotné.

Dynamika poklesu napětí baterie při vybíjení závisí na změně EMF prvku, dynamice růstu jeho vnitřního odporu a také na velikosti vybíjecího proudu. Jinými slovy, čím nižší je teplota baterie a čím vyšší je vybíjecí proud, tím rychleji bude klesat napětí na jejích svorkách a tím menší bude odebraná kapacita. Dochází k efektu tzv. „zdánlivé“ ztráty kapacity, kdy je přísun nezreagovaných účinných látek ještě dostatečný a vybíjení musí být zastaveno z důvodu nepřijatelného poklesu napětí na svorkách baterie.

Bod tuhnutí elektrolytu

S klesající teplotou roste viskozita elektrolytu, což ztěžuje jeho průnik do pórů hlubokých vrstev aktivní hmoty desek. V tomto případě se povrchové vrstvy aktivní hmoty rychle přemění na PbS04 a krystaly PbS04 uzavřou póry aktivní hmoty, a proto chemická energie uložená v hlubokých vrstvách aktivní hmoty desek není zcela využita a kapacita vybíjení baterie klesá. Při poklesu teploty elektrolytu pod +25 °C se kapacita baterie při vybíjení proudem odpovídajícím 0,05 Cnom. sníží o 1 % za každý stupeň poklesu teploty a při vyšším vybíjecím proudu o větší množství.

Provoz baterie při nízkých teplotách pod nulou je navíc spojen s rizikem zamrznutí elektrolytu. Elektrolyt olověného akumulátoru je vodný roztok kyseliny sírové a přímo se účastní reakcí generujících proud. Vzhledem k tomu, že se při výboji spotřebovávají molekuly kyseliny sírové a vznikají molekuly vody, hustota elektrolytu postupně klesá.

Při posuzování výkonu baterie při teplotách pod nulou je nutné při ubírání projektované kapacity vzít v úvahu nejen jmenovitou (počáteční) hustotu jejího elektrolytu, ale také hustotu na konci vybíjení.

Počáteční hustota elektrolytu plně nabité baterie závisí na její konstrukci a technologii výroby. Například baterie s volným elektrolytem mohou mít v závislosti na modelu jmenovitou počáteční hustotu: 1,22; 1,24; 1,26 kg/l. Teploty mrazu elektrolytu těchto plně nabitých baterií jsou: -32; -42 a -54°C, to znamená baterii s elektrolytem o hustotě 1,24 kg/l nelze vybíjet při teplotách pod -40°C~-45°C z důvodu nebezpečí zamrznutí. Provoz baterie při teplotách pod bodem mrazu elektrolytu plně nabité baterie je proto nepřijatelný.

READ
Jak se jmenuje kanalizační systém v zemi?

Rozsah zmrazování elektrolytu je přibližně stejný pro všechny typy olověných akumulátorů. Průměrný graf závislosti teploty tuhnutí elektrolytu na hustotě elektrolytu je uveden v rýže. 2.

Navíc v závislosti na teplotě by měla být omezena hloubka jeho vypouštění. Čím nižší je provozní teplota, tím nižší je přípustná hloubka výtlaku. Proto je při záporných teplotách nutné používat baterie s vyšší jmenovitou kapacitou.

Pokud je tedy zamýšleno provozovat olověné akumulátory při nízkých teplotách, je nutné při výpočtu a výběru akumulátoru počítat s rezervní kapacitou.

Omezení extrakce kapacity baterie při záporných teplotách je nucené zastavení vybíjení nebo odebrání určitého množství elektřiny z baterií. Ekonomičtějším a technologicky vyspělejším řešením je použití vyhřívaných bateriových skříní, zejména v oblastech s chladným klimatem. Za ideálních podmínek by v nich teplota neměla klesnout pod 5°C. Tím by se zabránilo nebezpečí zamrznutí elektrolytu a omezil by se bezpečnostní faktor jmenovité kapacity vzhledem k vybíjecí kapacitě. Ale i udržování teploty ve skříni v optimálním rozsahu značně usnadní výběr baterie a její provoz bude předvídatelnější.

Normální teplota baterie je volba teploty pro nejlepší provozní režim baterie.

Určitě každý zažil efekt poklesu kapacity baterie v chladném počasí – při teplotách pod nulou nemusí plné nabití baterie stačit ani na 1 hovor. Kam jde kontejner? Může elektřina zamrznout? Elektrické vedení nezamrzá, že? Girlandy na městském vánočním stromku nezmrznou ani ve velmi silném mrazu.

Odpověď na tuto otázku je jednoduchá: elektrický proud ve vodičích vzniká proudem elektronů. Elektrony se pod vlivem napětí pohybují směrově po krystalové mřížce kovů a čím nižší je teplota, tím nižší je odpor. Při ultranízkých teplotách je pozorován dokonce fenomén supravodivosti. Proud v bateriích vzniká tokem iontů, jejichž velikost je srovnatelná s velikostí molekul elektrodových materiálů a elektrolytu. Navíc, pokud se elektrické pole šíří rychlostí světla, pak elektrony driftují rychlostí 1-3 mm za sekundu a ionty „plavou“ v elektrolytu ještě pomaleji. Při záporných teplotách se zvyšuje viskozita elektrolytu, což nejen zpomaluje rychlost pohybu iontů, ale dokonce vede k tomu, že některé z iontů nikdy neplavou z jedné elektrody na druhou a „zamrznou“ na cestě . Je charakteristické, že jak teplota stoupá, ztracený náboj se obnovuje.

S rostoucí teplotou klesá viskozita rozpouštědla a tloušťka solvatačních slupek iontů a snižuje se i interiontová interakce. To vše vede ke zvýšení mobility iontů.

Normální teplota

Normální teplota baterie, při které se provádějí všechny laboratorní testy a doporučuje se provoz a skladování baterie, se považuje za 20±5 o C nad nulou. V tomto teplotním rozsahu je provozní režim baterie považován za nejlepší z důvodu nepravděpodobnosti neobvyklých situací a poruch.

READ
Co dát do šroubových hromádek?

Vysoká teplota

Nepopiratelnou výhodou lithium-iontových baterií oproti jiným je, že jejich energetická hustota je velmi vysoká. Existuje však řada zvláštností. Například zvýšení teploty nevede k odpovídajícímu zvýšení kapacity. Proto je zbytečné zahřívat vybitou baterii, aby bylo možné uskutečnit poslední hovor. Dlouhodobé vystavení vysokým teplotám může mít škodlivý vliv na provoz baterie a vést k jejímu přehřátí. Životnost se snižuje v důsledku zvýšeného opotřebení. V nejhorším případě při překročení maximální přípustné teploty (105 o C) může začít řetězová reakce pokovování lithia, při které Li-ion baterie bobtná. Pokud je baterie dále vystavena vysokým teplotám, může se vznítit nebo dokonce explodovat. Tato situace se může stát realitou velmi zřídka, například když je telefon ponechán v koupelně, ve velmi horké místnosti nebo na slunci po dlouhou dobu bez dozoru. Pokud existuje podezření, že se baterie velmi zahřívá, můžete teplotu baterie zkontrolovat pomocí softwaru. Při kritické teplotě (60 o C) vám telefon popálí ruku, takovou baterii nelze použít. Nabobtnalá baterie musí být až do výměny umístěna v kovové nádobě, aby se zabránilo vznícení okolních předmětů v případě jejího odtlakování a samovznícení.

Poznámka:

Charakteristiky vybíjení baterie při různých teplotách.Nízká teplota

Mobilní zařízení jsou teoreticky určena pro použití nejen v interiéru, navíc jsou nejdůležitější na cestách a venku. Většina zařízení, která fungují dobře při pokojové teplotě, však po ochlazení začne selhávat. Zejména lithiové baterie po ochlazení na 0 °C vykazují výrazné snížení kapacity. Při teplotách pod nulou je pokles kapacity doplněn poklesem napětí, které posune graf vybíjení doleva a dolů, čímž se dramaticky sníží efektivní kapacita (platforma) umístěná nad vypínací čárou. To vede k náhlým odstávkám. Nestabilní provoz a vypínání mohou začít při -10 o C po 20-30 minutách pobytu venku. Při návštěvě obchodů, úřadů nebo jízdě MHD tato situace pravděpodobně nenastane. I když máte v plánu vyrazit na lyže nebo na pěší túru do hor, po vložení telefonu do vnitřní kapsy bundy bude teplota vašeho těla stačit k udržení zařízení v provozuschopném stavu.

Je také nemožné efektivně nabíjet baterii při teplotách pod nulou. Baterie nepřijme nabíjení a i po dlouhém nabíjení zůstane nenabitá. Problém nevyřeší ani použití externích baterií v mrazu. Samotná powerbanka se rychle vybije bez nabíjení standardní baterie vašeho gadgetu.