Mode tampon quoi. Application et fonctionnement des batteries plomb-acide scellées. Stockage et durée de vie

20.04.2019

Nous sommes tous habitués aux avantages de la civilisation, et lorsque certaines commodités disparaissent, une personne ressent un grave inconfort. La plupart perdent parfois du courant, car l'état du réseau électrique dans la plupart des villes est très ancien et les accidents se produisent assez souvent. Après être resté assis à nouveau dans le noir pendant 4 heures, j'ai décidé que je devais faire quelque chose... Et la décision est venue assez rapidement. Batterie 12V 7Ah, du genre utilisée dans les alimentations sans interruption des ordinateurs, un petit circuit qui maintiendra cette batterie toujours chargée, un morceau de bande LED et un connecteur pour connecter un routeur (c'est ennuyeux sans Internet), un ordinateur portable et une tablette, Dieu merci, elle a sa propre batterie... Et voilà, maintenant nous avons quelque chose à faire même sans alimentation centrale en électricité....
Le circuit de charge maintient la batterie en mode tampon, c'est-à-dire que la batterie est toujours alimentée par une tension d'un certain niveau, ce qui la maintient dans un état chargé. Les fabricants écrivent sur le boîtier exactement quelle tension est requise pour votre batterie. Elle se situe généralement entre 13,5 et 13,8 volts. A cette tension, la batterie peut être connectée au réseau en permanence.

Le circuit du chargeur se compose d'un transformateur secteur, d'un stabilisateur de tension sur la puce LM317 et d'une batterie. Le tout est monté sur un petit circuit imprimé ; la puce lm317 doit être installée sur un radiateur.

Le réglage consiste à régler la tension à la sortie du chargeur entre 13,5 et 13,8 volts. Pour alimenter le routeur, j'ai également réglé la banque sur 9 volts. Avec une capacité de batterie de 7Ah. mètre de bande blanche LED et le routeur a fonctionné plus de 4 heures, n'est plus vérifié, les lumières sont généralement allumées...
Téléchargez le schéma, le fichier du circuit imprimé, l'alimentation sans coupure de secours

Le mode de fonctionnement tampon des batteries rechargeables est le plus « préféré » - la batterie est constamment rechargée et reçoit très rarement une décharge profonde. Dans ce mode, la batterie durera le plus longtemps possible.

Un exemple d'utilisation d'une batterie en mode tampon pourrait être une alimentation sans interruption : lorsque le réseau est présent, la batterie tient constamment une charge, et au moment où le réseau disparaît, la batterie commence à libérer l'énergie accumulée. Les alimentations sans interruption des ordinateurs utilisent généralement des batteries de 12 V d'une capacité de 7 à 26 Ah, ce qui permet à l'ordinateur de fonctionner sur batterie pendant 10 à 15 minutes supplémentaires en cas de panne de courant.

Champ d'application en mode tampon :

stockage d'énergie solaire
Alimentations sans interruption (UPS)
systèmes d'éclairage de secours
ascenseurs
systèmes d'incendie et de sécurité
caisses enregistreuses
systèmes d'urgence

Mode cyclique

Le mode de fonctionnement cyclique est le plus « dur » pour la batterie. Dans ce mode, il est complètement déchargé, puis remis en charge et à nouveau complètement déchargé. Dans ce cas, la durée de vie dépendra de la profondeur de décharge de la batterie.

La plupart des batteries au plomb de type AGM ont une durée de vie cyclique ne dépassant pas 300 cycles de décharge à 100 %, mais il existe déjà des batteries de nouvelle génération dont la durée de vie cyclique est de 600 cycles de décharge à 100 %.

Champ d'application en mode cyclique :

autolaveuses
moteurs de bateaux
voitures électriques
équipement de chargement, etc.

Les batteries au plomb sont fabriquées à l’aide d’une technologie de recombinaison interne de l’eau et ne nécessitent donc aucun entretien pendant toute leur durée de vie. L'acide sulfurique épaissi sous forme de gel est utilisé comme électrolyte, ce qui garantit la résistance des batteries aux décharges profondes et la stabilité à haute température.

La durée de vie estimée est de 12 ans.

Les batteries au gel sont conçues pour fonctionner en mode tampon et cyclique.

Conception:

Conception complètement scellée, les fuites d'électrolyte sont impossibles.
Système de recombinaison de gaz interne, pas besoin d'ajouter de l'eau.
Les monoblocs sont équipés de vannes de régulation pour assurer la libération du gaz lorsque la pression interne dépasse le niveau admissible.
Il n'y a aucune restriction sur le transport aérien, ferroviaire ou routier.

Conception de batterie au gel

Mécanisme de réaction chimique et de recombinaison :

La réaction chimique qui se produit dans une batterie pendant la charge/décharge est décrite par la formule :

PbO 2 + 2H 2 SO 4 + Pb Décharge/Charge PbSO 4 + 2H 2 O

Lors du chargement, l'oxygène traversant le séparateur depuis la plaque positive réagit avec la substance active de la plaque négative pour former de l'oxyde de plomb :

2Pb + O2 -> 2PbO

L'oxyde de plomb, à son tour, réagit avec l'acide sulfurique :

2Pb + 2H2SO4 -> 2PbSO 4 + 2H 2 O

Le sulfate de plomb formé sur la plaque négative est réduit par l'oxygène en plomb avec formation d'acide sulfurique :

2PbSO 4 + 2H 2 -> 2Pb + 2H2SO4

Si nous simplifions les équations décrites ci-dessus, nous obtenons ce qui suit :

2H2 + O2 -> 2H2O

Caractéristiques de décharge

La figure ci-dessous montre les courbes de décharge des batteries gel à courant continu jusqu'à une certaine tension finale. Une décharge à une tension inférieure à celle spécifiée réduit la capacité et la durée de vie des batteries au plomb.

Courbes de décharge DC à 25°C

Charge

Une charge correcte est l'une des conditions les plus importantes pour le bon fonctionnement des batteries au plomb avec régulation automatique de la pression interne. Le choix du bon chargeur a un impact direct sur les performances et la durée de vie de la batterie.

Charger avec une tension constante

La charge à tension constante est la méthode la plus couramment utilisée. La figure ci-dessous montre les caractéristiques de charge d'une batterie au gel lors d'une charge avec une tension constante de 2,40 V/élément à un courant initial de 0,3 CA.

Programme de charge à tension constante à 25°C

Pour les batteries au gel, la plage de tension de charge en mode tampon est définie entre 2,23 et 2,28 V/élément (à 25 °C).
Pour le mode cyclique, la plage de tension de charge est définie entre 2,38 et 2,42 V/élément (à 25 °C).
Les batteries au gel ne nécessitent pas de charge d'égalisation. La tension tampon est suffisante pour maintenir les monoblocs complètement chargés.

Les batteries au gel peuvent être achetées dans la boutique en ligne Realsolar :

Charge en deux étapes à tension constante

Cette méthode est l'une des plus efficaces et est recommandée pour charger rapidement des batteries au plomb avec régulation automatique de la pression interne et les maintenir dans un état complètement chargé (mode tampon). Les caractéristiques du chargeur pour la charge en deux étapes à tension constante sont présentées dans la figure ci-dessous :

Caractéristiques de charge d'un chargeur à deux étages

A l'étape « A », le courant est limité à 0,3 CA et la tension aux bornes de la batterie augmente. À l'étape « B », le courant de charge commence à chuter et la tension se stabilise à 2,40 V/élément. A ce stade, le niveau de charge de la batterie atteint 80 %. Lorsque le courant de charge atteint le niveau du « point de commutation Y », le circuit de charge passe à l'étape « C », où la tension de charge chute de 2,40 à 2,25 V/élément, et le courant diminue progressivement jusqu'à presque zéro. Le chargeur passe en mode tampon.

La tension de charge dépend de la température ambiante et doit être ajustée selon le calendrier indiqué dans la figure ci-dessous :

Dépendance de la tension de charge sur la température ambiante

La tension de charge (par cellule) en mode tampon est calculée par la formule :
Charge U = 2,25 + (25 – (t + grade t +1)) 0,0033
La tension de charge (par cellule) en mode cyclique est calculée par la formule :
Charge U = 2,40 + (25 – (t + grade t +1)) 0,005

où t – température ambiante, °C
grad t – gradient de température de l'armoire batterie, °C. Lorsqu'il est installé sur des racks ouverts, grade t = 0.

Stockage et durée de vie

Les batteries au gel peuvent être stockées sans recharge pendant 1 an dans un local sec à des températures ambiantes de –35° à +60°C.

Les batteries au gel sont conçues pour fonctionner en mode tampon pendant cinq ans (à 25°C). La figure ci-dessous montre la dépendance de la capacité disponible de la batterie gel au fil du temps. Les gaz générés à l’intérieur de la batterie se recombinent continuellement et retournent au composant aqueux de l’électrolyte. La perte de capacité et la fin de la durée de vie de la batterie résultent de la corrosion progressive des électrodes.

Durée de vie en mode tampon

La durée de vie de la batterie en fonctionnement cyclique dépend d'un certain nombre de facteurs.

Les plus importants d'entre eux sont la température ambiante de fonctionnement, le taux de décharge, la profondeur de décharge et la méthode de chargement. La figure ci-dessous montre l'effet de la profondeur de décharge sur le nombre de cycles des batteries gel en mode cyclique.

Durée de vie en fonctionnement cyclique

À mesure que la température augmente, l'activité électrochimique de la batterie augmente et à mesure qu'elle diminue, elle diminue. Par conséquent, à mesure que la température ambiante augmente, la capacité de la batterie augmente et à mesure que la température diminue, elle diminue. La figure ci-dessous montre l'effet de la température sur la capacité disponible des batteries au gel.

Dépendance de la capacité sur la température ambiante à différents courants de décharge

La température ambiante est un facteur important affectant la durée de vie de la batterie. À mesure que la température augmente, le taux de corrosion des plaques augmente, ce qui entraîne une durée de vie plus courte. La figure ci-dessous montre la dépendance de la durée de vie des batteries au gel sur la température ambiante.

Dépendance de la durée de vie en mode tampon à la température ambiante

Les batteries au plomb se déchargent automatiquement, ce qui signifie que leur capacité disponible diminue avec le temps lorsqu'elles sont stockées.

Ce processus est décrit par le graphique de la figure :

Dépendance de la capacité sur la durée de stockage

Si les batteries ont été stockées pendant une longue période, elles doivent être rechargées avant utilisation.
Pour une période de stockage allant jusqu'à 6 mois, la recharge doit être effectuée dans un délai de 4 à 6 heures avec un courant continu de 0,1 CA, ou de 15 à 20 heures avec une tension constante de 2,40 V/élément.
Si la période de stockage est supérieure à 6 mois, la recharge doit être effectuée pendant 8 à 10 heures avec un courant constant de 0,1 CA, ou 20 à 24 heures avec une tension constante de 2,40 V/élément.

Les batteries sont conçues pour être installées sur des racks isolés ou dans des armoires batteries spéciales en position verticale. Il est permis d'installer des batteries en position horizontale avec des plaques verticales. Les locaux ne nécessitent pas de ventilation forcée.
Si la mise à niveau des éléments n'est pas assurée directement par le procédé de pose lui-même, alors il est nécessaire de mettre à niveau les éléments à l'aide d'une craie (corde de nivellement). La distance entre les parois latérales adjacentes de deux monoblocs (longueur d'installation) est déterminée par la longueur des cavaliers. Pour les rangées relativement longues de monoblocs montés, il est recommandé de commencer à niveler la longueur d'installation à partir du milieu de la rangée de monoblocs montés, afin que les tolérances de fonctionnement puissent être lissées aux deux extrémités. L'entrefer minimum recommandé entre les batteries est de 5 à 10 mm.
L'interconnexion des batteries individuelles s'effectue à l'aide de cavaliers rigides isolés vissés aux pôles ou de cavaliers de câbles flexibles. Les cavaliers sont vissés à l'aide d'une clé dynamométrique. Appliquez le couple suivant 20 Nm ± 1 Nm.
Si deux ou plusieurs jeux de batteries sont utilisés en parallèle, les fils, câbles et barres omnibus par lesquels ces batteries sont connectées à la charge doivent être de même longueur et avoir la même résistance.

La séquence d'installation des piles dans la batterie :

Connectez la borne positive de la première batterie à la borne négative de la deuxième batterie. Connectez donc toutes les batteries dans un groupe (un groupe signifie un ensemble de batteries sur un étage ou dans une rangée d'un rack).
Connectez les batteries des groupes restants (le cas échéant) de la même manière qu'à l'étape 1.
Connectez la borne de terre du chargeur ou de la charge à la borne négative (si la masse est négative) de la dernière batterie ou du dernier groupe.
S'il y a des groupes, connectez-les ensemble en commençant par le dernier (connecté à la broche de masse).
Enfin, connectez la borne positive de la première batterie ou du premier groupe à la borne positive du chargeur ou de la charge.
Une fois les travaux d'installation terminés, les batteries doivent être numérotées et les surfaces extérieures des bornes, des cavaliers et des points de connexion doivent être lubrifiées avec une fine couche de vaseline technique ou de graisse synthétique.

Les batteries au plomb-gel sont destinées à être utilisées dans des espaces clos avec ventilation naturelle, y compris des pièces avec des équipements de traitement et du personnel de maintenance, à des températures comprises entre -20°C et +60°C. La plage de température de stockage de la batterie est de –35°С à +60°С.

Les batteries sont fournies par le fabricant chargées, remplies d'électrolyte et prêtes à l'emploi.
Il n'est pas recommandé d'installer les batteries à proximité de sources de chaleur. Étant donné que les batteries peuvent générer des gaz inflammables, ne les installez pas à proximité d'équipements susceptibles de produire une décharge électrique sous forme d'étincelles.
N'installez pas et n'utilisez pas les batteries dans des atmosphères contenant des vapeurs ou en contact avec des solvants organiques ou des adhésifs.
Pour maximiser la durée de vie des batteries, la valeur moyenne du courant d'ondulation de toute origine circulant à travers la batterie ne doit pas dépasser 0,1 CA et la stabilisation de la tension de charge doit être inférieure à 1 %.
Il est toujours recommandé de nettoyer le boîtier de la batterie à l'aide d'un chiffon imbibé d'eau. N'utilisez jamais d'huiles, de solvants organiques tels que l'essence, de diluants pour peinture, etc. à ces fins.
Ne démontez pas la batterie. Si de l'électrolyte entre en contact avec vos yeux ou votre peau, rincez immédiatement la zone affectée avec un fort jet d'eau courante propre et consultez immédiatement un médecin.
Toucher des parties sous tension de la batterie peut entraîner un choc électrique. Les travaux de contrôle ou d'entretien des batteries doivent être effectués avec des gants en caoutchouc.
L'utilisation de batteries différentes (capacités différentes, avec un historique d'utilisation différent, des dates de fabrication différentes et provenant de fabricants différents) peut endommager à la fois la batterie elle-même et l'équipement qui lui est associé.

La durée de vie opérationnelle de toutes les batteries rechargeables sans exception est dictée par plusieurs facteurs : la qualité de la conception de la batterie elle-même, matériaux utilisés, type de modèle. Mais le facteur le plus important et le plus décisif est charge correcte de la batterie, que tous les utilisateurs de batteries modernes ne connaissent pas.

Nous consacrerons un bref aperçu du processus de chargement de la batterie, établirons les règles et caractéristiques de base du chargement de la batterie, créant ainsi une sorte d'instructions sur les fonctionnalités de chargement des modèles modernes.

Principes généraux de fonctionnement de la batterie

Tout d’abord, démystifions un mythe bien connu. De nombreux utilisateurs de batteries, « spécialistes » des magasins et services répètent constamment le même mantra : pour que la batterie fonctionne correctement et de manière stable, elle doit être complètement déchargée avant utilisation, puis complètement chargée. Ces « experts » vont encore plus loin, affirmant que pour un fonctionnement stable et durable, les batteries doivent être régulièrement déchargées.

Tout cela n’est pour le moins qu’un mythe. Sans exception, tous les types de batteries dureront plus longtemps si elles subissent le moins de décharges possible. Le processus de décharge détruit les grilles d’électrodes à l’intérieur d’une batterie de haute qualité, qui commencent à se déformer. Pour les options de modèles de mauvaise qualité fabriqués à partir de matériaux de second ordre, de telles « secousses de décharge » peuvent être efficaces. Leurs assiettes sont les plus sales possible. Si des décharges périodiques ne sont pas effectuées, la saleté peut endommager complètement la batterie.

Cependant, lors de l'utilisation de modèles modernes de haute qualité, il est très important que la batterie fonctionne avec une recharge constante (ce qu'on appelle le mode tampon).

Modes de fonctionnement de base

Pour rendre la description du processus de charge plus claire, vous devez d'abord clarifier la situation suivante : dans quel mode fonctionne votre batterie ? Il existe deux modes principaux :

mode tampon : le principe de fonctionnement est basé sur le suivant : le modèle est constamment « rechargé » par le réseau. Lorsque la source d’alimentation est éteinte, elle libère sa propre charge vers l’équipement. Si la source d'alimentation est à nouveau connectée, la batterie commence à se recharger. Ce mode est le plus adapté aux modèles modernes. Par exemple, la durée de vie d’une batterie AGM en mode tampon (à une température d’une vingtaine de degrés) est de douze ans. L'application la plus typique du mode tampon concerne les sources d'alimentation modernes ;
mode cyclique : ici les modèles sont complètement déchargés et chargés au moins une fois par jour. De plus, leur durée de vie ne se mesure pas par le temps, mais par un nombre prédéterminé de cycles. La durée de vie est en outre dictée par la profondeur du processus de décharge.

Un exemple d'utilisation du mode cyclique est celui des autolaveuses modernes, des machines à café mobiles et des voitures de divertissement pour enfants. Parfois, les « spécialistes » modernes proposent des batteries de démarrage utilisées par les automobilistes comme kit pour de tels équipements. Leur argument est le bas prix des modèles. Démystifions ce mythe. Les options de démarrage ne sont efficaces que lors du démarrage initial du véhicule, après quoi la batterie est alimentée par l'alternateur. De tels modèles sont équipés de plaques d'électrodes assez fines, de sorte que les options de modèles de démarrage ne sont pas acceptables pour les machines à café ou les autolaveuses avec leurs décharges constantes, elles mettront fin à leur existence dans quelques mois ;

Instructions pour charger la batterie

Passons aux fonctionnalités de chargement de la batterie. Commençons par examiner le premier mode, le mode le plus acceptable pour de nombreux modèles : le tampon. Les batteries modernes sont fabriquées de telle manière que la tension nominale d'une cellule soit de 2 V, mais ce nombre est instable - les chiffres peuvent varier. Généralement, les batteries contenant trois cellules (6 V) ou six (12 V) sont utilisées à des fins domestiques.

Charge batterie : mode « tampon »

Pour charger correctement la batterie en mode tampon, il est nécessaire de régler la tension de charge entre 2,27 et 2,30 V pour chaque élément. Dans une batterie de six volts, la tension sera de 6,8 à 6,9, une batterie à six cellules de 13,6 à 13,8 V.

Le courant de charge doit être limité. Elle doit représenter 30 % de la capacité nominale de la batterie, mesurée en ampères (l'indicateur est pris pour 10 heures d'autonomie). Par exemple, une batterie d’une capacité de 100 Ah doit être chargée sans dépasser 30 A. Les batteries au gel sont « limitées » un peu moins - 20 %.

Chargement de la batterie en mode cyclique

Passons à la méthode de travail suivante - cyclique. Ici, nos paramètres de tension de charge changent légèrement. Une cellule de deux volts doit être chargée en utilisant un niveau de tension de charge de 2,4 à 2,45 V. Un modèle de six volts avec trois éléments doit être rechargé à un niveau de 7,2 à 7,35 V. Les batteries 12 V ont ce paramètre à un niveau de 14,1 V. Les paramètres sont pertinents pour les batteries de technologie AGM.

Les modèles Gel réduisent un peu les paramètres : modèles à deux volts - 2,35 V, modèles à six volts - 7,05 V, modèles à douze volts - 14,1 V.

Les deux modèles doivent être chargés avec un courant de charge correspondant à 20 % de la capacité de la batterie. Pour les modèles d'une capacité de 100 Ah, ce paramètre sera de 20A.

Temps de charge de la batterie

La durée du processus de charge de la batterie dépend du degré de décharge du modèle. Tout d'abord, la batterie est chargée en mode accéléré, appelé « booster ». Ensuite, le courant de charge diminue progressivement, pour finalement atteindre un minimum lorsque la batterie est complètement chargée.

Une baisse du courant de charge à 2-3 mA pour chaque ampère-heure de capacité de la batterie est le critère d'une charge complète. Par exemple, sur des batteries d'une capacité de 100 Ah, ce chiffre sera de 200 à 300 mA. Pour amener la charge de la batterie à cent pour cent, vous devez poursuivre le processus à des courants aussi faibles pendant environ une heure supplémentaire.

Le temps de charge en mode cyclique est d'environ dix heures, alors que, comme on le comprend, la batterie est complètement déchargée. En mode tampon, une charge complète peut être effectuée de trente à quarante-huit heures.

Fonctionnalités supplémentaires

Un facteur important pour une charge correcte est sa « sursaturation ». La batterie doit recevoir environ vingt pour cent de plus que ce qui est indiqué dans le paramètre « capacité nominale ». La batterie fonctionnera de manière plus stable et fournira plus d’énergie.

La température de charge recommandée est de vingt à vingt-cinq degrés. À des températures plus basses, le processus de charge prend beaucoup plus de temps. Si vous chargez la batterie à une température d'environ zéro degré, un tel processus n'a pratiquement aucun sens : la batterie ne se chargera pas. Parfois, les chargeurs disposent d'une fonction de compensation de température qui permet à l'appareil de changer de tension en fonction des changements de température. Ces modèles constituent l’option la plus adaptée aux climats instables.

Ainsi, en suivant toutes les règles de chargement des batteries modernes, vous pouvez augmenter considérablement la durée de vie de vos modèles.