Baterias de chumbo-ácido: alfabeto de carga de pulso

O tópico da carga pulsada das baterias de chumbo-ácido (SA) e das baterias de ácido (baterias) que as compõem está ganhando relevância nos últimos anos. Carregadores inovadores estão à venda, artigos são publicados e pesquisas ativas estão em andamento em fóruns especializados com debates acalorados em centenas de páginas.

Sobre o que estamos discutindo?

As características mais importantes do desempenho da bateria são capacidade, eficiência atual, vida útil e confiabilidade. Novos métodos e dispositivos de cobrança que os implementam têm o objetivo de aumentar essas características. Qual é a essência de tais métodos e por que eles estão sendo atualizados agora, consideraremos.

Qual é a dificuldade?

A CA é um sistema físico-químico complexo, no qual ocorrem pelo menos dezenas de processos conhecidos, sofrendo a influência mútua e a influência de fatores externos, principalmente efeitos elétricos e temperatura. De particular complexidade é o fato de que a cinética, ou seja, a dinâmica da taxa de desenvolvimento e propagação, é diferente para os processos.

Durante décadas, os pesquisadores estudaram esses processos e desenvolveram maneiras de interagir com eles usando o equipamento à sua disposição. Oscilogramas, gráficos de gravadores, tabelas de resultados de medição foram registrados, configurações experimentais foram desenvolvidas e testadas, e a conclusão foi quase sempre a mesma: SA é um assunto difícil de entender e operar, muitas questões teóricas e práticas permanecem em aberto.

Por que você não sugeriu isso antes?

Mas a tecnologia e a cultura técnica não param. Os computadores eletrônicos (COMPUTADORES) apareceram e tornaram-se disponíveis, além disso, na forma de não apenas computadores pessoais, mas também microcontroladores econômicos (MCs) compactos, baratos e econômicos, que são microcomputadores com periféricos desenvolvidos em um único cristal de silício menor que uma célula tetrada e com capaz de executar milhões de operações por segundo. A microeletrônica analógica também não ficou para trás no desenvolvimento, fornecendo a todos os participantes componentes com características sem precedentes de precisão, estabilidade e variedade de aplicações.

Então, hoje é o momento de voltar à boa e velha invenção de Gaston Plante, que há muitas décadas serve fielmente em muitos setores da vida familiar e profissional - uma bateria de chumbo - para a busca de métodos mais adequados de sua operação com sua implementação em uma base elementar moderna.

Teoria da dupla sulfatação

A bateria, também é uma fonte de corrente química secundária (CIT), acumula energia elétrica convertendo reversivelmente a composição química dos eletrodos (placas), para uso útil adicional. Na aproximação aproximada mais simples, denominada teoria da dupla sulfatação, os processos de carga e descarga de SA podem ser expressos pela seguinte fórmula.

PbO ₂ + Pb + 2H ₂ SO ₄ = PbSO ₄ + PbSO ₄ + H2O

A reação de descarga ocorre da esquerda para a direita, carga - da direita para a esquerda. A massa ativa (AM) da placa positiva (positiva) carregada - PAM, - é formada por óxido de chumbo, menos (negativo), - OAM, - chumbo esponjoso. Como vemos, tanto o PAM quanto o OAM durante a descarga são convertidos em sulfato de chumbo, durante a formação da qual o ácido sulfúrico é consumido e a água é formada.

A concentração de ácido sulfúrico e, consequentemente, a densidade do eletrólito, diminuem durante a descarga e aumentam durante o carregamento. Este é o alfabeto das baterias de chumbo. Mais tarde, porém, veremos que as letras do alfabeto por si só não são suficientes, elas ainda precisam estar conectadas em palavras, frases e um texto adequado como guia de ação.

As fórmulas químicas simplificadas são de natureza estatística e não levam em consideração a multiplicidade de processos transitórios sequenciais e paralelos, bem como as modificações das substâncias envolvidas nelas, portanto, devem ser consideradas apenas como dados de entrada e, em nenhum caso, como respostas exaustivas e finais à pergunta.

Estruturas e Funções

Ao contrário do exame escolar e da competição de acadêmicos, na prática, são necessários métodos (funções) e estruturas (dispositivos) existentes e repetitivos. Isso significa a necessidade de decidir (e ajustar à medida que o tópico se desenvolve), com prioridades: o que, nesta aplicação, levamos em conta antes de tudo e o que, novamente nesta aplicação, pode ser negligenciado. Caso contrário, você obtém uma apresentação ou uma enciclopédia, mas não uma estrutura aplicada que implementa uma função. Apresentações e enciclopédias também são necessárias, mas são estruturas para outras funções.

Esta sulfatação assustadora

A partir da consideração da fórmula mais simplificada e elementar, já vemos que a sulfatação, e até a duplicação, não é um efeito colateral, mas a própria base do processo de descarga do SA, seja uma autodescarga ou uma descarga útil, para a qual a bateria é construída. Como a sulfatação se torna patológica e destrói a bateria, e como evitá-la, é a nossa pergunta atual.

Efeito polarizador e corrente de carga

O sulfato de chumbo é um dielétrico pouco solúvel. Para dissolvê-lo, ou melhor, convertê-lo na massa ativa das placas, é necessário aplicar um efeito polarizador, ou seja, uma diferença de potencial, é uma tensão elétrica, além de gastar uma carga elétrica para sua assimilação na forma química, ou seja, pule a corrente de carregamento por algum tempo. Assim, a energia elétrica será armazenada na forma química, e a cobrança do SA ocorrerá.

Simplificando, tensão (volts) vezes a corrente (amperes) fornece energia (volt * amperes, watts), corrente por um tempo é uma carga (pendentes ou amperes * horas, 3600 pingentes cada), energia por um tempo ou carga por voltagem energia (joules ou watts * horas, também igual a 3,6 quilojoules, porque em uma hora 60 minutos por 60 segundos).

O que é um carregador?

O efeito polarizador e a corrente de carga formam um efeito de carga na bateria, cuja função é executada por uma estrutura chamada dispositivo de carga (carregador), ou um controlador de carga integrado ou um controlador operacional (motorista).
Parece mais simples: aplique tensão e crie corrente. Qualquer fonte de energia pode fazer isso. Mas trabalhamos no SA - uma estrutura complexa e, para manter suas funções úteis, precisamos interagir adequadamente com o feedback. Caso contrário, o impacto destruirá a estrutura e suas funções se degradarão, e isso não será bom.

Condutividade-Estrutura-Força

A capacidade, saída atual, vida útil, confiabilidade com a qual iniciamos nossa conversa são funções da bateria. A estrutura é chamada para executar funções. A condutividade da corrente requer alta condutividade da massa ativa e das partes que transportam corrente da estrutura, e essa condutividade deve ser balanceada para uma distribuição uniforme de correntes e potências, bem como para o contato AM com o eletrólito, o que permite fornecer a capacidade útil máxima a uma determinada corrente. Portanto, a massa ativa precisa de uma superfície desenvolvida, alcançada por diferentes projetos de eletrodos. Obviamente, essa estrutura desenvolvida deve ser mecanicamente forte e durável durante a operação, ou seja, a recepção, armazenamento e entrega de energia pela bateria.

Moldagem

Formação é o processo e resultado (estado) de preparar os eletrodos para receber a carga e descarga da corrente de descarga, respectivamente, com o acúmulo e o retorno da energia útil. Como o acúmulo e a liberação de energia estão associados às transformações físico-químicas da massa ativa, a conclusão óbvia sugere que a moldagem do elemento químico secundário, diferentemente do primário, não ocorre simultaneamente durante sua produção e comissionamento, mas com cada carga.

Sulfatos de chumbo

Como já simplificado, o sulfato de chumbo é um dielétrico, ou seja, possui alta resistividade e baixa condutividade elétrica. Durante a autodescarga e a descarga útil, é formado na superfície da massa ativa, isolando suas seções eletricamente e mecanicamente, impedindo o acesso do eletrólito a ela. Dessa forma, prejudica os critérios de condutividade e estrutura mencionados anteriormente, reduzindo a capacidade útil (energia) e a capacidade de receber e fornecer corrente (potência).

É possível encontrar uma linguagem comum com o amigo juramentado da bateria, o sulfato de duas maneiras bem conhecidas. Em primeiro lugar, é possível removê-lo da massa ativa por sobretensão ou até avaria elétrica. Estes últimos estão engajados em entusiastas de dessulfatação extrema, e esse tópico, bem como duvidoso, segundo muitos colegas, métodos de destruição total da crosta de sulfato por sobrecorrentes, bem como lavagem química, estão fora do escopo de nossa conversa.

Tensão de carregamento: mais alta - melhor?

Por enquanto, simplesmente observamos que é muito útil desenvolver um aumento de tensão entre as placas SA durante o carregamento (manutenção) para a destruição de sulfato e, além disso, (se você evitar efeitos colaterais indesejáveis, veja abaixo), ele não precipita (lodo), mas retorna sua grosso modo, o íon sulfato está no ácido sulfúrico do eletrólito e conduz, sob a forma de um metal ou óxido, às placas, ou seja, é feita uma carga útil.

Corrente de carregamento: mais é melhor ??

Em segundo lugar, os óxidos de chumbo em uma placa positiva podem se formar quando as baterias são carregadas em várias modificações, das quais duas, chamadas alfa e beta, são conhecidas e importantes para nós. O óxido alfa tem uma área superficial específica mais baixa, além de uma rede cristalina isomórfica com sulfato, que, quando descarregada, leva à formação de uma densa camada de sulfato. Todas essas são desvantagens de estrutura e condutividade em comparação com o óxido beta. É verdade que a modificação alfa é mecanicamente mais robusta, mas a prática mostra que isso é imaterial.

Assim, é desejável cobrar o SA de maneira a promover a formação predominante de óxido de beta-chumbo, com uma superfície mais desenvolvida e a ausência de uma tendência a crescer demais com uma densa camada de sulfato. E contribui para essa maior densidade de corrente de carga.

Nota: os carregadores que reduzem significativamente a corrente no final da carga (e a maioria deles) e, mais ainda, os "carregadores" que compensam a autodescarga por correntes baixas, formam óxido alfa, reduzindo o desempenho da bateria.

Eletrólito e eletrólise

Mas até agora começamos a lidar apenas com as placas, mencionando apenas o componente mais importante da SA, o eletrólito. O eletrólito da bateria de chumbo é uma solução de ácido sulfúrico na água destilada, tanto o ácido quanto a água, como vimos na equação de dupla sulfatação, são consumidos e formados na carga e descarga. Concordo, este sistema simples e equilibrado é admirável. Mas apenas enquanto estiver equilibrado.

Se a diferença de potencial entre as placas atingir a chamada sobretensão de hidrogênio no banco, ou seja, bateria celular, o processo de eletrólise da água, sua decomposição em oxigênio e hidrogênio, começará. Esse processo simples e quase ambientalmente amigável para a CA, para dizer o mínimo, é extremamente prejudicial e multifacetado. Considere o porquê.

Em primeiro lugar, essa é a perda de água, que deve ser adicionada às baterias a granel com serviços, enquanto ao chamado livre de manutenção (MF), especialmente gel (com eletrólito espessado) e AGM (com separadores de fibra de vidro absorvente), isso é um tanto problemático.

Os desenvolvedores da CA estão fazendo muitos esforços para recombinar oxigênio e hidrogênio de volta à água e devolvê-lo ao eletrólito. Essa função é atribuída a estruturas na forma de válvulas seladas, mais precisamente, seladas por válvulas VRLA, espessamento do eletrólito com sílica gel nas baterias GEL, absorvendo a esteira de vidro AGM, bem como tampões especiais de recuperação típicos para soluções estacionárias. A capacidade de devolver água para todas essas soluções, exceto talvez bujões especiais pesados ​​e caros, é muito limitada e o excesso de pressão dos gases, se formado, é simplesmente liberado na atmosfera.

Em segundo lugar, o que são esses gases? O oxigênio, na presença de ácido sulfúrico, é corrosivo e leva à liberação de calor, e não apenas placas negativas, mas também elementos estruturais de suporte e de corrente, e hidrogênio, que é ecológico, mas extremamente explosivo com o oxigênio do ar. E com a perda de água, o oxigênio atmosférico também se abre para as placas.

Se a evolução de gás da bateria estiver em pleno andamento ("ebulição" do eletrólito), esse processo não poderá mais ser considerado ecológico, pois as gotas de ácido sulfúrico são pulverizadas e pulverizadas, não puras, mas com partículas de lodo contendo, como você pode imaginar, compostos de chumbo, antimônio e outros materiais utilizados como aditivos na produção de SA.

Como os avós ferveram as baterias

A "fervura" mistura o eletrólito e destrói, em particular, a camada de sulfato na superfície dos eletrodos. Portanto, nos velhos tempos selvagens, era a norma da operação com bateria. A camada superior desgastada da massa ativa foi arrancada por bolhas de gás e depositada no lodo, para o qual havia um lugar no fundo das latas; novas camadas foram expostas para o trabalho.

Ao mesmo tempo, os critérios de durabilidade, economia e respeito ao meio ambiente sofreram, mas as baterias elaboraram as características normalizadas para eles naquele momento, sendo carregadas e mantidas por meios simples. Um transformador com diodos, bem, se houver um amperímetro e um reostato ou um comutador de enrolamentos, um hidrômetro com uma pera, um medidor de nível de tubo, um funil e duas garrafas, com uma solução ácida e água destilada, são todas as ferramentas do avô. Um voltímetro, plugue de carga, já é um luxo. E nas oficinas de baterias, as baterias foram desmontadas, os blocos foram soldados a partir de placas reparáveis ​​e remontados.

Densidade eletrolítica: quanto maior, melhor ???

Como o hidrômetro, ou densímetro, foi mencionado (um ou vários carros alegóricos calibrados, o mais simples deles é o olho indicador em algumas baterias), é hora de falar sobre a densidade do eletrólito, que, não esquecemos, consiste em ácido e água da bateria. O ácido sulfúrico é mais pesado que a água, porque a densidade de sua mistura é maior, maior sua concentração.

De acordo com a equação simplificada de Gladstone e Tribe, que já sabemos, em termos de concentração de ácido, ou seja, densidade de eletrólitos, você pode avaliar o grau de carga da bateria. Mas esse não é um critério exaustivo, porque as perdas e adições de água e ácido afetam a densidade da mesma maneira que os processos de descarga de carga.

Existe uma fórmula que conecta tensão de circuito aberto (NRC), também é força eletromotriz (EMF) sem carga, com a razão entre a quantidade de ácido e água no eletrólito e a temperatura. Essa fórmula também é simplificada, pois não leva em conta outras propriedades da SA, partes das quais abordaremos abaixo. E não vamos trazê-lo aqui, está nos livros, e nossa conversa vai sobrecarregar.

Quanto maior a concentração de ácido e, portanto, a EMF, o trabalho mais útil que cada pendente e watt-hora pode ser produzido pela bateria, ou seja, o consumo de energia aumenta. Além disso, um excesso de ácido no eletrólito aumenta sua resistência ao congelamento, porque em carros no inverno é habitual definir um aumento na densidade de eletrólitos e na tensão de carga.

Com a diminuição da temperatura, a capacidade útil da bateria diminui, aumentando-a. Isso é levado em consideração durante as partidas de inverno do motor e limita seriamente a operação de veículos com baterias de tração de chumbo na estação fria, porque em um carro com motor de combustão interna, assim que é iniciado, o gerador começa a funcionar, compensando a descarga, e a bateria de tração terá que fornecer corrente ao longo da jornada.

Modos de tração e buffer

Kohl falou, continue. Os modos de operação da bateria são divididos em tração, ou cíclica (uso do ciclo), quando uma parte significativa da capacidade é descarregada com uma corrente média (em relação à última) em magnitude, seguida por uma carga e em espera, quando as descargas são relativamente raras (baterias de reserva de energia ininterruptas ) e a descarga automática é compensada de uma maneira ou de outra.

O modo de partida também pode ser chamado de modo de buffer, quando uma descarga superficial de curto prazo com uma corrente alta é seguida por uma carga durante toda a viagem de um carro ou motocicleta. Perto do modo de partida, uma descarga de 15 minutos de baterias de reserva de fontes de alimentação ininterruptas compactas, usadas para concluir com segurança o trabalho com salvamento de dados, ao contrário do modo de tração da bateria em lanternas de alta potência e no-breaks para manter automação, comunicação, equipamento médico etc. por várias horas .

Um recurso característico das baterias especialmente projetadas para uma descarga de 15 minutos é a designação de potência em watts fornecida por uma lata nesse modo, marcações no gabinete e até no artigo da bateria. Por exemplo, HR12-34W significa que uma pequena bateria de 7 amperes é capaz de fornecer 6 * 34 = 204 watts por um quarto de hora! À primeira vista, são “apenas” 4,25 amperes * horas, mas aqueles que conhecem as curvas de descarga da SA e sua natureza apreciarão essa característica minuciosamente e muito.

Dispositivos de armazenamento de energia no vento, e especialmente energia solar, funcionam em tração, modo cíclico. Quando a energia chega, é necessário absorvê-la ao máximo e depois doá-la, até que os painéis solares e os geradores eólicos gerem corrente. As dimensões e a massa de acionamentos estacionários, diferentemente dos de transporte, não são críticas, portanto, tentam garantir sua capacidade máxima e ciclos rasos o máximo possível. Afinal, quanto mais profunda a descarga, maior o desgaste da bateria.

Danos à sobrecarga e aumento da concentração de ácido

Se a temperaturas elevadas, CEM e concentrações de ácido, a bateria produz mais energia e potência, por que deveria ser protegida (pelo menos) do superaquecimento e, quando o calor é ligado, a tensão do gerador e a densidade do eletrólito são manual ou automaticamente corrigidas para baixo?

O fato é que o aumento da atividade química do ácido em concentração excessiva atua sobre a massa ativa, o mancal e as partes que transportam corrente do SA são destrutivas. Contribui para isso e alta temperatura. A autodescarga, sulfatação e corrosão, que podem ocorrer com a liberação de calor e gases, aumentam.

O mesmo efeito ocorre com excesso de tensão, corrente, potência, energia e efeito de carregamento. Todos esses pingentes extras, quilowatts-hora e rublos a pagar pelo último, que não são absorvidos pela massa ativa, vão para a eletrólise da água, o aquecimento e a destruição da bateria e, em qualquer caso, embora a uma velocidade diferente.

Uma pequena corrente de "recarregador" prejudicará furtivamente sua bateria, você nem notará a evolução do aquecimento e dos gases, tão fraca que a recombinação regular provavelmente lidará com ela. Mas a moldagem da massa ativa a partir de cabos de corrente de chumbo e estruturas de suporte ocorrerá. E, como resultado, não, a capacidade útil não aumentará, mas a estrutura interna desmoronará.

Você já removeu as tampas e as tampas das válvulas de uma bateria UPS do computador com falha? Você viu no que os pneus que transportavam a corrente se transformaram? É isso.

Um pouco de segurança

O ácido sulfúrico é corrosivo, o hidrogênio é explosivo. Isso deve ser lembrado ao operar o SA. Mas o maior perigo é a massa ativa, “real” e “parasitária”, acumulada pela corrosão dos suportes e dos cabos de corrente. O AM possui uma superfície desenvolvida e é chamado corretamente de ativo. Mesmo uma pequena partícula é um veneno sistêmico e uma neurotoxina que pode causar lesões (paralisia do chumbo); portanto, é estritamente proibido tocar o interior da bateria com as mãos, para evitar o contato com a pele, as mucosas e o interior. Em caso de contato, lave imediatamente com água em abundância.

Agora sabemos tudo sobre baterias?

Portanto, tensões muito baixas e muito altas, correntes, concentrações de eletrólitos, temperaturas da bateria são prejudiciais. Isso significa que, para cíclico, buffer, acionador de partida, etc. modos de operação, você pode determinar a tensão ideal, correntes, leis formalizadas de compensação térmica, implementá-las no carregador, controlador de relé, controlador de carga e, assim, aumentar a capacidade, transferência de corrente, vida útil?

Sim sim. Mas novamente simplificado. Os fabricantes colocam dados nos parâmetros de carga termicamente compensada nas folhas de dados e nos estojos da bateria. Sua observação nos controladores operacionais melhora significativamente a prática do aplicativo CA, mas não é o ideal. É possível e necessário melhorar ainda mais.

Dê uma olhada na foto inteira

Para resumir o que foi estudado. CA é dois blocos de placas com uma massa ativa com uma superfície desenvolvida. As placas são cercadas por um eletrólito, uma solução aquosa de ácido sulfúrico, por imersão em uma solução líquida, separação da fibra de vidro impregnada com os últimos separadores ou colocação de um eletrólito de sílica gel espessado em gel, semelhante a geléia.

O PAM carregado é formado por óxido de chumbo, OAM - por chumbo. Quando descarregados, ambos se transformam em sulfato de chumbo dielétrico e pouco solúvel com o consumo de ácido sulfúrico e a formação de água, quando carregados, pelo contrário, com o consumo de água e a formação de ácido. O chumbo dos eletrodos, seu óxido e sulfato não passa para a solução (de acordo com a teoria simplificada; de fato, eles formam íons que devem ser imediatamente depositados na AM), mas são retirados da solução e os íons são devolvidos a ela, a saber, o íon hidrosulfato e o próton ( núcleo de um átomo de hidrogênio).

E aqui começa a diversão. Íons para reações formadoras de corrente devem vir do eletrólito para a massa ativa, cuja atividade, como lembramos, é fornecida por uma estrutura com uma superfície desenvolvida, isto é, esponja. O separador AGM é outra esponja absorvente que serve a muitos propósitos, em particular, aumentar a recombinação da água, e o gel é uma substância viscosa na qual o movimento da substância é difícil.

Portanto, temos um efeito umectante e capilar em pelo menos duas esponjas AM, às quais o efeito de um separador e gel pode ser adicionado. Como resultado, os movimentos da substância no banco de baterias são mais lentos e leva tempo, além disso, para carregar e descarregar, especialmente nas camadas profundas do AM, dependendo do estado atual da massa ativa e do eletrólito.

E este estado não é de forma alguma esgotado pelo NRC, densidade e temperatura! Durante a operação do SA, o eletrólito é estratificado, vários íons se movem em um campo elétrico em diferentes velocidades (eletroosmose), encontram obstáculos estruturais e o ácido sulfúrico também é mais pesado que a água, devido ao qual tende a cair sob a ação da gravidade, deslocando a água para cima !!! No caso de gel e AGM, isso é prejudicado pela estrutura, mas as baterias a granel sofrem com o gradiente gravitacional da densidade de eletrólitos na íntegra.

Onde estão os pontos positivos e negativos na tomada?

Portanto, existe um valor de corrente ou tensão que, calculado com base no NRC, densidade de eletrólitos (densidade onde?! É irregular!), Temperatura e aplicado aos terminais CA, fornecerá uma carga completa, compensação de auto descarga e dessulfatação, enquanto evitando a subcarga de sulfatação lenta e eletrolítica, a eletrólise da água e a corrosão da estrutura ?!

Não, NRC (mesmo com uma tabela de medidas de CEM sob cargas diferentes), temperatura (que também pode ser muito desigual em uma bateria maciça e não homogênea) e a densidade do eletrólito, pelo menos "média no hospital", mesmo medido na parte superior da lata ou na parte inferior, ou ambos de uma vez, em um agregado estático, eles não fornecem dados abrangentes sobre a cinética, dinâmica de reações químicas no banco SA e na bateria inteira.

Eles serão úteis para avaliar o estado da bateria e tomar uma decisão sobre sua manutenção futura, mas não fornecerão os valores ideais de corrente e tensão para os reguladores do carregador. Porque esses valores mudam no decorrer dos processos de interação que ocorrem em velocidades diferentes!

Mas a dinâmica das mudanças de corrente e tensão pode dizer tudo sobre o curso das reações formadoras de corrente. Mais precisamente, tudo o que é necessário para controlar a corrente de carga e o efeito polarizador. A menos que, é claro, consiga processar esses dados em tempo real (ou seja, com atrasos normalizados). Para isso, microeletrônica será necessária e, provavelmente, até um computador. Felizmente, acontece, como lembramos, o tamanho de uma célula de notebook.

A questão de exatamente qual é o efeito elétrico que a bateria precisa no momento é semelhante à questão de onde estão os pontos positivo e negativo na tomada. Uma pessoa não pode responder: enquanto ele fala, mais e menos se substituem 50 vezes por segundo. Mas para um dispositivo eletrônico, esse desempenho é um pouco insignificante. E podemos determinar com precisão as fases de tensão e corrente, com a referência necessária ao tempo. Obviamente, no SA, veremos algo mais complicado do que os sinusoides mudados um em relação ao outro. E veja em breve.

A repetição é a mãe da aprendizagem. Esta é uma formulação simplificada da terceira lei da dialética, um retorno parcial à antiga em um novo nível, e a usaremos novamente.

Temos duas esponjas de massas ativas, entre as quais há um líquido, gel ou outra esponja. Precisamos dos íons necessários para que as reações formadoras de corrente atinjam cada camada das esponjas, e essas camadas estão parcialmente entupidas com sulfatos, que exigem sobretensão para dissociação, e sem essa sobretensão perderemos a capacidade e a eficiência e durabilidade atuais devido à subcarga crônica que leva à sulfatação progressiva.

No entanto, a sobretensão é repleta de sobrecarga com eletrólise e corrosão. Como uma carga comumente usada na antiguidade cinzenta por "fervura" com dispersão térmica e mistura útil, mas muito cara, do eletrólito, bem como alterando sua diminuição atual no final da carga, mitigando, mas não excluindo efeitos colaterais prejudiciais, e levando ao revestimento PAM com óxido de chumbo ortorrômbico , não podem ser consideradas soluções totalmente adequadas.

Como a bateria é carregada?

E, finalmente, após o primeiro conhecimento da química e da física da SA, é hora de examinar suas características elétricas, a saber, a resposta do HIT ao efeito de carga. Somente a princípio repetiremos as características desse efeito: tensão, corrente, tempo, carga, potência, energia.

Como o HIT possui uma força eletromotriz, ou seja, cria (define a si mesmo) uma diferença de potencial, é natural supor que o efeito do carregamento seja realizado por uma corrente. De fato, quando a corrente é aplicada da fonte de carregamento aos terminais CA, a tensão no último começa a aumentar (presumimos que a fonte seja capaz de desenvolver a EMF desejada e depois carregue), que é o critério para avaliar o curso da carga.

No início da passagem de corrente, a diferença de potencial dos terminais salta acentuadamente pela magnitude da queda dessa corrente na resistência interna do CA ou da bateria. Pela altura da etapa resultante, conhecendo a força da corrente, você pode calcular a resistência interna, que é obviamente usada em testes rápidos. Com isso, “apenas uma característica de corrente-tensão” termina, e o complexo processo de mudança de tensão no tempo começa. A força atual será considerada constante, estabilizada pelos meios da fonte.

Mais adiante, na fita do gravador, na tela do osciloscópio com uma varredura lenta ou um diagrama do registrador, veremos uma superposição (superposição) de várias respostas ao efeito de carregamento, sendo as principais duas. Um expoente muito lento da carga útil AM real, consistindo em uma superposição de diferentes camadas e outro expoente, muito mais rápido, semelhante a uma carga do capacitor.

Duas abordagens para a dupla camada

Este é um capacitor, mais precisamente, um ionistor, às vezes chamado de parasita, e freqüentemente a capacidade de uma dupla camada elétrica. Essa capacidade é complexa, pois a separação de eletrólitos, como já mencionado, está envolvida em sua formação. Mas, para a primeira aproximação do entendimento das formas promissoras de otimizar a interação operacional com a CA, basta entender o fato de sua existência.

O efeito de carregamento causa polarização da camada dupla, e diferentes teóricos e profissionais têm atitudes diferentes em relação a isso. Alguns consideram o ionistor parasitário um fenômeno prejudicial que impede a carga da bateria da maneira mais eficiente possível do ponto de vista da velocidade, e sugerem que nos intervalos entre os pulsos de carga um efeito despolarizante seja realizado na forma de um pulso de descarga.

A exposição a corrente assimétrica (alternada com um componente constante) ou com o uso de uma carga de descarga ligada apenas em pausas ou conectada constantemente, tem sido usada para carregar e restaurar baterias de chumbo-ácido por um longo tempo.

Ao carregar baterias de níquel, recomenda-se um efeito assimétrico e, para a restauração experimental de elementos de manganês-zinco, é necessário, pois evita o crescimento de dendritos característicos desses CITs e causa falhas de emergência devido a um curto-circuito.

Para a SA, a despolarização ativa pode fazer sentido à luz da atualização do estudo das propriedades semicondutoras de bolachas sulfatadas em busca de novos métodos de dessulfatação e trazendo a base teórica para as já conhecidas há muitos anos. Por outro lado, a ação de descarga reduz a eficiência da carga e a aceleração dessa última maneira pode reduzir a vida útil da bateria, porque a aplicabilidade de tais métodos deve ser reconhecida como limitada.

Para manutenção restauradora e carga expressa com desgaste normalizado, o uso de despolarização forçada da camada dupla pode ser aprovado, mas não para prevenção e carga diária com prioridades para eficiência energética e prolongamento da vida útil da bateria.

Ionistor mágico

O que acontecerá com um ionistor de dupla camada se você simplesmente remover o efeito de polarização de carga externa da bateria interrompendo o circuito, por exemplo, com uma chave de transistor? - Despolariza (relaxa), descarregando e entregando a carga e a energia acumuladas à massa ativa, ou seja, fazendo uma carga SA útil!

Além disso, a polarização da camada dupla por pulsos de carga seguida de uma pausa de relaxamento torna possível criar uma sobretensão dessulfatante e, se os pulsos forem curtos o suficiente, a geração de gás não terá tempo para começar! O oxigênio e o hidrogênio liberados durante o período de sobretensão terão tempo para recombinar e retornar ao eletrólito, em vez de participar de fenômenos nocivos e perigosos.

Esse é o princípio do relaxamento, impulso ou carga intermitente, que permite um monte de contradições dialéticas, por exemplo, a necessidade e inadmissibilidade de sobretensão. O mesmo com a densidade da corrente: a amplitude do pulso de carregamento pode (e deve) ser definida como igual à corrente dupla da descarga de 20 horas, ou até maior se houver confiança no algoritmo do controlador.

A lei da conservação de energia?

Aqui, o leitor atencioso será superado por dúvidas. A corrente dupla de uma descarga de 20 horas é 0.1C ₂₀ , a mesma corrente recomendada para carregar o SA em modo contínuo e carrega uma bateria totalmente descarregada em 10 a 12 horas.

Uma carga intermitente implica entre pausas da corrente de pausa para assimilação da carga pela massa ativa, o influxo de íons em sua profundidade e a equalização da densidade de eletrólitos nela. Quanto tempo aguarda a conclusão da cobrança? De fato, a corrente média, a carga total e a energia relatada à bateria pelo carregador, por exemplo, em uma hora, quando interrompida por pausas, serão menores do que no caso de um fornecimento contínuo "normal" de corrente da mesma força!

Uma memória de relaxamento avançada carregará uma bateria que pode ser totalmente descarregada com uma corrente de 0,1 ° C ₂₀ por 8 a 12 horas, dependendo de sua condição. Ou seja, ainda mais rápido do que se a corrente não fosse interrompida. Como isso é possível, e isso pode ser acreditado?

O fato é que, com o carregamento clássico de corrente contínua (CC), o "excesso" de energia que a massa ativa não tem tempo para absorver entra no aquecimento da bateria, na eletrólise da água e na corrosão da estrutura. E a memória inteligente simplesmente não atende a esses pendentes e joules extras, aguardando a disponibilidade do HIT para aceitar uma nova parte da carga ou reduzindo os parâmetros do efeito modulado.

Isso não significa a eficiência de 100 "ou mais" por cento, a supressão absoluta da formação e aquecimento de gás, a garantia de carga rápida em qualquer condição da bateria. As baterias gastas, sulfatadas, pré-emergência e de emergência podem ficar levemente quentes e farfalhar com bolhas durante a recuperação, que pode durar muito ou muito tempo, se tudo estiver realmente ruim em um ou vários bancos. O que não significa tempo e dinheiro extras: o carregador é automático e gerencia a eletricidade de boa fé, economicamente.

Mas as ordens de grandeza aumentam a probabilidade de uma recuperação bem-sucedida da bateria, que de outra forma seria definitivamente inútil, criando um fardo para o meio ambiente e a economia, ou seja, sua saúde e carteira (e mais precisamente, os recursos da liberdade de uma vida feliz e frutífera). E se cuidarmos da bateria desde tenra idade, obtemos um aumento, em comparação com a prática tradicional de carga, suas características operacionais (sendo também os recursos mencionados).

Então, como realizar essa cobrança por impulso?

Hoje, existem muitas maneiras de implementar uma ação de carregamento pulsada ou modulada, controlá-la usando vários feedbacks, dispositivos para sua implementação. A relevância é alta e crescente, há uma melhoria contínua, cujos resultados atuais e excelentes podem ser usados ​​agora.

Acima, mencionamos a superposição de várias assinaturas elétricas (simplificadas novamente, o número na verdade não é inteiro) no sinal de tensão dos terminais da bateria quando um pulso de carga é aplicado. O sinal de pausa também é formado pela sobreposição de assinaturas de reações formadoras de corrente e efeitos colaterais no banco da CA. E existem 6 dessas latas na bateria de 12 volts mais comum, conectada em série, e geralmente é impossível ou inconveniente conectar-se aos jumpers entre elas.

Adicione a esses captadores de interferência, em primeiro lugar, da rede elétrica e da própria fonte de alimentação do carregador, e entenderemos que a tarefa de processamento analógico e digital do sinal elétrico dos terminais da bateria para determinar os parâmetros de amplitude e tempo do efeito de carregamento ideal não é trivial. Você precisa saber o que procurar e ser capaz de ensinar esta máquina.

Você pode simplesmente comprar um dispositivo moderno de carregamento e recuperação, mas mesmo neste caso, é desejável ter uma idéia da essência de seu trabalho, sem a qual é difícil escolher a ferramenta mais adequada e usá-la ao máximo. E você pode colocar suas próprias experiências para a alegria e benefício de si mesmo e do mundo ao seu redor. De qualquer forma, não custa nada fazer uma breve classificação dos métodos e dispositivos de carregamento.

CC / CV

Corrente constante, tensão constante - estabilização ou limitação de corrente e / ou tensão em níveis especificados. Pode ser complementada por compensação térmica, bem como pela implementação de uma carga de vários estágios, com a mudança de critérios de estabilização ao atingir determinadas condições, como tensão ou corrente nos terminais, tempo desde o início da carga, quantidade de eletricidade ou energia relatada pela bateria e nos controladores operacionais, a descarga anterior da bateria também deve ser levada em consideração.

A complicação da lógica de operação desses dispositivos pode (deveria) resultar melhor em comparação com o carregamento simples de uma fonte de alimentação estabilizada ou não estabilizada, no entanto, não resolve completamente as contradições dialéticas mencionadas acima, não leva em conta os meandros da cinética e não garante a adequação do efeito da carga às necessidades atuais da bateria, isto é, a capacidade de assumir uma carga útil, sem mencionar a dessulfatação.

Swing

Se adicionarmos à memória CC / CV os critérios para o término e a renovação da carga, por exemplo, pela tensão nos terminais, obtemos um dos métodos e dispositivos mais simples de carga intermitente, chamados de “oscilação”, “comparador de dois limiares” ou “comparador com histerese”, em homenagem aos controladores principais elementos. Ao atingir, por exemplo, 14,22 volts, o carregador desativa a carga e, quando o NRC cai para, por exemplo, 13,1V, ele recomeça. Acontece que um gerador de relaxamento.

Assim, deve ser alcançada uma redução na corrente de carga no final, compensação da autodescarga durante o armazenamento e uma carga otimizadora das camadas profundas da AM (“conclusão da capacidade”) e sobretensão dessulfatante, com uma redução significativa (prevenção) de aquecimento, evolução de gás e corrosão.

A frequência do balanço pode variar de segundos a horas ou mais, e eles precisam manual ou automaticamente, por exemplo, armazenar os níveis atingidos pela bateria, ajuste e também compensação térmica fornecida. Sem um monitoramento cuidadoso por uma pessoa competente (forçada a seguir o processo) ou processar digitalmente as assinaturas elétricas dos processos que ocorrem no SA, contando apenas com tensão ou corrente, oscilações simples geralmente não produzem o efeito que poderia ter sido alcançado com melhor controle.

As configurações de uma carga intermitente e / ou modulada (veja abaixo) que não são adequadas para essa bateria em particular podem não desacelerar ou reverter, mas sim acelerar, agravam sua degradação, por exemplo, curto-circuito (CI) de latas individuais.

Blinker

Um dos problemas da oscilação é a conquista muito rápida ou muito longa (até o infinito), a expectativa de um limite definido incorretamente ou deixa de ser verdade durante os processos, o que pode levar a um atraso no serviço e na subcarga e na sobrecarga, com todas as consequências. Uma opção para resolver esse problema é a alocação de um determinado tempo para um impulso e uma pausa.

Os dispositivos de carga intermitentes mais simples geralmente têm apenas um temporizador (multivibrador, interruptor) para ligar e desligar a corrente de carregamento, e são chamados de luzes piscantes ou pisca-piscas, embora, às vezes, os pisca-piscas sejam chamados de memória flash, incluindo aqueles que implementam um algoritmo complexo usando um microcontrolador.

O uso de um relé de canto de carro para fornecer um efeito de carregamento por pulsos é conhecido há muito tempo e muitos ajudaram a realizar uma recarga de baterias descarregadas acidentalmente e altamente sulfatadas. Estes foram os primeiros antolhos.

Modulação

Mas os dispositivos modulares de carga, por incrível que pareça, são o retificador avô e o gerador de automóveis ou motocicletas, novamente com um retificador que fornece uma corrente ondulada desequilibrada. Qual a diferença entre a carga intermitente e a modulada? - O critério terminológico. Onde as frequências estão abaixo de alguns hertz, fale sobre carga intermitente, modulada acima. Ambos são classificados como pulsados, pulsantes.

Um não exclui o outro e, em ciclos com um período de um a centenas de segundos, o impulso do efeito de carregamento pode ser um conjunto de pulsos de frequência mais alta. Isso pode criar oportunidades adicionais para recarregar camadas profundas, nivelar a concentração de reagentes e dessulfatação, bem como dificuldades associadas, por exemplo, a interferência eletromagnética, influência de fios e conectores, efeitos colaterais que ainda precisam ser investigados e aprendidos a aplicar ou prevenir. Diferentes autores escrevem sobre diferentes frequências, levando em consideração a cinética de diferentes processos que compõem a carga AM ou o efeito sobre ela.

O retificador avô e o gerador automático criam oportunidades para fenômenos de relaxamento no SA, que melhoram suas características em comparação com o suprimento forçado de uma corrente estabilizada estabilizada ou, pior ainda, retendo a tensão estabilizada (a razão pela qual, no passado recente, alguns chegaram à conclusão de que fontes de pulso são inadequadas fonte de alimentação, que não deve ser confundida com carregadores de pulsos, para carga da bateria).

Conclusões e Perspectivas

O estudo das características reativas dos SAs e suas respostas a todos os métodos de exposição aprimorados continua a abrir diante de nós um espectro cada vez maior e cada vez maior de relaxamento, fenômenos quase-ressonantes, ressonantes e de ondas. Tudo isso é interessante e traz benefícios úteis.

Hoje, por exemplo, é relevante estudar o fenômeno do atraso na propagação de eletricidade em uma bateria de chumbo, o que leva ao desgaste frequentemente observado de latas e baterias extremas (eletricamente), e isso não pode ser atribuído apenas à irregularidade da temperatura. É hora de desenvolver métodos e dispositivos para a manutenção de SA com AM dopados com nanotubos de carbono, bem como explorar as possibilidades de criar baterias compactas “secas” para aplicações móveis leves em sua base.

Em uma breve conversa, não tocamos nas características da descarga, mas o modo de descarga também pode ser controlado. Em breve, será necessário testar as possibilidades de frenagem regenerativa com o retorno de energia para a bateria de tração, estudar quanta energia ela pode receber com o controle avançado do processo sem se prejudicar e também testar a hipótese de que impulsos de carga podem permitir o uso de capacidade mais útil Ao compensar o efeito conhecido de reduzir o último com o aumento da corrente de descarga.



O chumbo e o ácido sulfúrico são nossos bons amigos, se você os tratar com sensibilidade e consciência. O mundo mágico das baterias de chumbo-ácido aguarda seus pesquisadores, inventores e apenas todos aqueles que se beneficiam de caixas modestas, liberdade e alegria!