Nabíječe a nabíjení

jak dostat maximum ze své baterie

Široká nabídka baterií a přístrojů pro jejich nabíjení, na našem i světovém trhu, může přinést problémy běžnému uživateli, který nemá zkušenosti s touto problematikou a neví, podle jakých měřítek si má vybrat vhodnou baterii nebo nabíječ. Dnešní moderní technologie ovlivňují naše rozhodování při jejich výběru a někdy se dostáváme do situací, kdy nevíme, jak provést tu nejlepší volbu. Nové, moderní konstrukce baterií nabízejí vysoký výkon a účinnost, ale zároveň potřebují dobrou péči, kterou představuje nabíjení. Dnešní nabíječe jsou schopné kvalitně nabíjet různé druhy baterií a tím pomáhat k dosažení jejich dlouhé životnosti při zachování dobrého výkonu. Dále budeme hovořit převážně o bateriích startovacích, staničních a trakčních, které se používají v průmyslu.

Důležitým článkem technologického procesu obnovení energie akumulátoru je kromě profesní poctivosti obsluhy, kvalita nabíječe. Akumulátor je často více poškozován špatným nabíjením než vybíjením. Nevhodně přizpůsobená kabeláž, kolísavé napětí v síti, zastaralá nabíjecí technika a nedostatečná kontrola nabíjecího procesu, včetně tvaru nabíjecí křivky, mají vždy rozhodující vliv na nedostatečné nabití akumulátoru do konečných znaků. Následkem je postupné snižování jeho kapacity, což v podstatě znamená snižování jeho životnosti.

Je až s podivem, jaké procento nových baterií je „nabíjeno“, patřičné slovo v uvozovkách by bylo spíš systematicky ničeno, nevhodnými nabíječi, starými desítky let. Je nepochopitelné, jak obrovský podíl ročních prodejů zabírají nabíječe s technicky nižší úrovní nabíjecích charakteristik, mezi které se řadí nabíječe s W charakteristikou.

Zanechejme však teoretických úvah a věnujme se praktickým radám. Je několik kritérií pro nákup nabíjecí techniky. Prioritu jejich důležitosti musí stanovit při nákupu konečný zákazník. Ve všeobecné platnosti zůstává, že všechny mají zhruba stejnou váhu důležitosti.

Rychlost nabití

Zkrácením nabíjecích časů je dána výrazná možnost úspory jednotlivých prostředků manipulační techniky a tím i počtu samotných nabíječů.

Zrychlení nabíjecího procesu umožňuje:

• Zejména možnost užití vyšších nabíjecích proudů, společně s možností volby optimálního tvaru nabíjecí charakteristiky. Toto umožňují pouze nabíječe vybavené mikroprocesorovým (počítačovým) řízením.
• Vzduchování (míchání) elektrolytu nabíjené baterie během nabíjecího procesu. Nabíječ musí být způsobilý ovládat tato zařízení. Baterie musí být také od výrobce vybavená vzduchovacími trubičkami zavádějícími vzduch na dno jednotlivých článků. Zkrácení nabíjecího času v poslední fázi I2 je až 75% a je to doprovázeno i významnými energetickými úsporami.

Někteří výrobci používají k promíchání elektrolytu též hluboký vybíjecí puls.

Energetická účinnost

Účinnost současných moderní nabíječů by neměla být nižší než 90% při jmenovitých parametrech. Při stoupajících cenách elektrické energie je tento faktor velice důležitý pro následný výpočet další ekonomie elektrických procesů a podstatně ovlivňuje návratnost vložených investic.

Korekce nabíjení, vliv teploty

Je-li baterii nutno nabíjet efektivně, zpravidla je nezbytné řídit nabíjecí proces s ohledem na stav nabíjené baterie. Jedná se zejména o teplotu baterie, průběh napětí a proudu a kompenzace napěťových úbytků. Vliv teploty je velmi výrazný zejména pro rychlé nabíjení. Obecně platí, že pro chladnější baterii je nutno zvýšit hodnotu plynovacího napětí. Příkladem jsou málo nabité baterie v zimním období. V letním období se toto napětí musí naopak snížit. Stejná situace ale nastává i při nabíjení baterie ohřáté předchozím vybíjením při jejím provozování. Nabíjení baterie s ohledem na její teplotu označujeme jako teplotně kompenzované nabíjení.

Kompenzace napěťových úbytků na přívodních kabelech je prvek, který přispívá k rychlejšímu nabití baterie. Toto se výrazně uplatňuje v centrálních nabíjárnách, kde je nabíječ vzdálen od baterie i několik desítek metrů. Korekce nabíjecích parametrů (napětí a proud) je popsána u jednotlivých typů nabíjecích charakteristik.

Typ nabíjené baterie

Pod tímto pojmem rozumíme konstrukci baterie. Rozlišujeme následující běžně používané typy:

Olověné baterie

• uzavřené se zaplavenými elektrodami - klasická uzavřená baterie
• řízené ventilem (VRLA-valve regulated lead acid) – bezúdržbové !
• AGM (absorbed glass mat)
• gelové
• vyžadují kvalitní nabíječ s řízenou charakteristikou

Alkalické baterie

• nikl-kadmiové (NiCd) - jsou nejrozšířenější v této kategorii

Pozor - nabíječ musí mít nastavené výstupní napětí na jinou hodnotu než je pro olověné baterie.

Olověné baterie nesmí být nabíjené ve stejném prostoru jako baterie alkalické.

Kapacita baterie

Tím se rozumí, kolik ampérhodin (Ah) je baterie schopná uchovat. Například běžná baterie má kapacitu okolo 50Ah. Při použití nabíječe, který poskytuje nabíjecí proud 10A bude nabíjení na 100% kapacitu trvat asi 6 hodin, pokud byla baterie předtím vybitá na 80% své kapacity.

Pro vybíjení platí, že baterie dává daný zatěžovací proud po dobu udávanou koeficientem za značkou C. Např. je-li údaj 100Ah C10, znamená to, že baterie bude dávat po dobu 10 hodin proud 10A. Pokud bude baterie zatěžována vyšším proudem, dostaneme z ní méně Ah. Při velkých zátěžích to může být i méně než 50%. Toto je dána tzv. vybíjecími tabulkami (křivkami), které má každý výrobce k dispozici. Důležitým kritériem je i konečné vybíjecí napětí.

Staniční baterie - zpravidla je určena pro dlouhé vybíjecí doby, většinou je trvale napájená s paralelním odběrem. Při vybíjení je snaha z této baterie dostat maximum Ah = doba zálohování.

Trakční baterie - je určena do vozidel a musí být schopna pokrýt velké proudové odběry. Důležitá je i schopnost vydat maximum Ah = dojezd vozidla.

Startovací baterie - musí být schopna vydat opakovaně velké proudové zatížení při současně definovaném poklesu svorkového napětí. Důležitým parametrem je tedy počet startů a její "tvrdost" (jak moc poklesne při startu napětí). Není podstatné, kolik se z baterie dostane Ah.

Životnost baterie se vztahuje k poklesu kapacity baterie na 80% jmenovité hodnoty.

Co je dobré znát

Velmi výrazný vliv na zkrácení životnosti má hluboké vybití akumulátoru. Tento stav nelze ovlivnit nabíječem, je výhradní záležitostí obsluhy. Nenásleduje-li po hlubokém vybití (pod 1,7 V/čl.) okamžité nabíjení akumulátoru, dojde k nevratné tvorbě síranů. Důsledkem je stálé snižování kapacity baterie a zvyšování jejího vnitřního odporu. Často slýcháváme, že baterie je "sulfátovaná".

Přebíjením baterie dochází k tzv. „vyváření“ baterie, doprovázené únikem obtěžujících aerosolů. Současně dochází i k oteplení baterie, které by nemělo překročit hranice doporučené výrobcem baterií.

Při provozování baterií obecně platí, že při zvýšení teploty o 10°C, probíhá chemický proces 2x rychleji. Úměrně k tomu dochází ke zkracování životnosti baterie. Při zvýšení teploty o dalších 10°C klesne životnost na 1/4 původní hodnoty.

Pro staniční baterie je samozřejmě nutné volit charakteristiku IU a její další modifikace. Pokud je předpoklad, že teplota nabíjené baterie bude mimo rozsah 15 až 25°, je nutno vybavit napáječ teplotně kompenzovaným nabíjením.

Nabíjecí charakteristiky

Základním rozlišujícím hlediskem nabíječů je způsob nabíjení daný nabíjecí charakteristikou přístroje. Tento údaj je zcela vypovídající o konstrukční úrovni nabíječe. Mezi nejjednodušší patří nabíječe s charakteristikami W a to ve všech modifikacích.

Druhy nabíjecích charakteristik dle norem VDE (Sdružení pro elektrické, elektronické a informační technologie:

Legenda:

• I - charakteristika konstantního proudu
• U - charakteristika konstantního napětí
• W - charakteristika klesající
• a - automatické vypínání
• o - samočinné přepínání na jinou charakteristiku
• plynovací napětí – napětí baterie při kterém dochází k tvorbě plynů v článcích baterie

Pořadí zkratek udává časový průběh nabíjecího postupu při popisu nabíjecího režimu.

Nabíjení podle charakteristiky I, případně Ia

Nabíjí se od počátku do konce konstantním proudem a ručně (I) nebo automaticky (Ia) se vypíná.

Příklady použití:

• Nabíjení malých olověných akumulátorů, nabíjení akumulátorů pro definované zkoušky, uvádění do činnosti startovacích olověných akumulátorů z centrálního rozvodu stejnosměrného proudu s regulací v jednotlivých větvích. Regulace se většinou vypíná ručně.
• Nabíjení NiCd akumulátorů. Nabíjecí proud je omezen teplotou elektrolytu.
• Nabíjení a uvádění do činnosti stříbrozinkových akumulátorů. Regulace ruční nebo automatická s vypnutím při dosažení konečného nabíjecího napětí.

Nabíjení může být ukončeno buď uplynutím nastaveného času, dosažením určité hladiny napětí nebo dodáním potřebného počtu Ah.

Nabíjení podle charakteristiky W, případně Wa

Základní údaje

I=0,8-Is=16A/100Ah

odpovídající proud při 2,0V/čl.=100%In

klesající při 2,4V/čl.=50%In

klesající při 2,65V/čl.=25%In

U=trvale stoupající

Vypnutí při 2,65V/čl.

Během nabíjení proud se stoupajícím napětím stále klesá až na ustálenou hodnotu (konečný nabíjecí proud) a vypíná se ručně (W) nebo automaticky (Wa). Nabíječe s touto charakteristikou většinou nejsou regulované, velikost proudu je proto silně závislá na kolísání sítě střídavého napětí a to tím více, čím je charakteristika - tvořená složitými výpočty transformátoru - strmější (mnohdy až o ±20%).

Příklady použití:

• Nabíjení trakčních olověných baterií s vypínáním po plném nabití (většinou automaticky).
• Nabíjení malých olověných akumulátorů a startovacích olověných baterií s vypínáním po plném nabití (většinou ručně).
• Nabíjení NiCd baterií s vypínáním po plném nabití.

Nabíjení podle charakteristiky WoWa a WoW

Základní údaje

I₁=výstupní proud nabíječe při 2V/čl. 25,6 A/100Ah=160%

- odpovídající Wa charakteristice

I₂=výstupní proud nabíječe při 2,4V/čl. 8A/100Ah

- odpovídající Wa charakteristice

Nabíjí se ve dvou stupních s počátečním proudem vyšším než v předchozí charakteristice. Proud se stoupajícím napětím baterie klesá a po dosažení plynovacího napětí je redukován na nižší, opět klesající proud.

Ukončení nabíjení je buď po uplynutí nastaveného času a po překročení plynovacího napětí ve druhé části nabíjení nebo moderněji po dodání potřebného počtu Ah.

Příklady použití:

• Nabíjení olověných akumulátorů a vypínání po plném nabití (většinou automaticky - WoWa). Tento způsob nabíjení umožňuje zkrácení nabíjecí doby oproti předešlé charakteristice.
• Nabíjení olověných baterií bez automatického vypínání (WoW). Konečný nabíjecí proud pak nesmí být vyšší než 0,025xC5 [A] a může protékat nejvýše dva dny. Tento způsob je vhodný pro vyrovnávací nabíjení ve dnech pracovního volna.

Nabíjení podle charakteristiky U

Nabíjení začíná s vysokým počátečním proudem, který poklesne v průběhu nabíjení na nižší hodnoty. Vysoký počáteční proud způsobí rychlé ohřátí elektrolytu, které opět poklesne s klesajícím proudem. Plynovací napětí nesmí být překročeno o více než 1%.

Tento způsob nabíjení umožňuje nabíjet více baterií stejného druhu o stejném jmenovitém napětí v paralelním zapojení. Podmínkou je, že tyto baterie jsou v dobrém stavu a nevyžadují individuální ošetření. Nabíjecí zařízení musí mít velký výkon a přesnou regulaci napětí. V praxi se moc nepoužívá, neboť zdroje, které mají regulaci napětí mají současně i regulaci proudu.

Příklady použití:

• Nabíjení olověných akumulátorů. Konstantní nabíjecí napětí U = 2,40 a 2,45 V/článek. Počáteční nabíjecí proud 0,6 až 1,2xC (kapacity) podle druhu baterie.
• Nabíjení NiCd akumulátorů. Konstantní nabíjecí napětí U = 1,65 až 1,72 V/článek. Počáteční nabíjecí proud 0,4 až 0,6xC.

Nabíjení podle charakteristiky IU nebo WU

Nabíjí se ve dvou úsecích. V prvém úseku se nabíjí vysokým, avšak omezeným proudem, konstantní hodnoty. Nebo s mírně klesající charakteristikou. Ve druhém úseku se nabíjí s konstantním plynovacím napětím. Tento způsob umožňuje nabíjet více baterií o stejném jmenovitém napětí v paralelním zapojení. Od předešlé nabíjecí charakteristiky se liší omezením maximálního proudu, nevyžaduje tedy nabíjecí zařízení tak velkého výkonu.

Nabíjení podle charakteristiky IUW

Nabíjení je shodné s předešlou charakteristikou. Avšak ke konci nabíjení se zvyšuje napětí pro zkrácení nabíjecí doby. Zde je nutno dodržet, aby konečný nabíjecí proud nebyl větší než 0,02xC5 [A].

Nabíjení podle charakteristiky IUIa

Základní údaje

I₁=výstupní proud nabíječe cca.20A/100Ah, konstantní do 2,4V/čl.

I₂=max. 5A/100Ah od 2,4V/čl. do vypnutí

U=stoupající do 2,4V/čl., potom konstantní, po I=max. 5A/100Ah opět stoupající až do vypnutí

Nabíjí se ve třech stupních. V prvém stupni se baterie nabíjí konstantním proudem až do plynovacího napětí. Ve druhém stupni, při konstantním plynovacím napětí, klesá proud.

Ve třetím stupni se nabíjí konstantním proudem při stoupajícím napětí až do úplného nabití.

Ukončení nabíjení je buď po uplynutí nastaveného času ve třetí fázi nabíjení, např. 3 hodiny nebo moderněji po dodání potřebného počtu Ah.

Toto nabíjení umožňuje :

• Nabíjení olověných trakčních baterií v co možná nejkratším čase. Přípustný nabíjecí proud třetího úseku je I = 0,05xC5 [A].
• Možnost teplotní kompenzace hladiny plynovacího napětí. Proces, který vede k šetrnějšímu nabíjení zejména v extrémních podmínkách. Hladina plynovacího napětí se mění v závislosti na teplotě baterie. Dále je možno využít teplotního čidla při poruše baterie, kdy dochází k nadměrnému ohřevu vlivem zkratu jednoho či více článků apod. - teplotní čidlo způsobí omezení výstupního proudu nabíječe nebo přerušení nabíjecího procesu.
• Dále je možno použít automatické doplňování destilované vody v průběhu nabíjení.Toto se realizuje pomocí zátek článků s automatickým uzavíráním přívodu vody po zvýšení hladiny nad určenou mez. Nabíjecí proces je pak zcela automatický - bezobslužný.

Nabíjení podle charakteristiky IUoU - nabíjení staničních baterií

Nabíjí se ve třech úsecích. V prvém úseku se nabíjí vysokým, ovšem omezeným proudem konstantní hodnoty. Ve druhém konstantním napětím. Ve třetím úseku se po dostatečném stupni nabití sníží napětí na udržovací hodnotu, zpravidla kompenzovanou teplotou a to jak nabíjené baterie, tak i teplotní kompenzací vůči okolnímu prostředí.

Tento způsob nabíjení umožňuje v co nejkratším čase dobít po výpadku napájení baterii na plnou kapacitu. Nabíjení probíhá často při paralelním odběru zálohovaného zařízení, ovšem za dodržení podmínky přípustných maximálních zvlnění napětí a proudu.

Jaký nabíječ tedy vybrat? Pokud potřebujete více informací o tom jaký nabíječ použít ve Vašem případě, kontaktujte naše obchodní oddělení s žádostí o odbornou konzultaci.