Energia

Carregamento de Bateria ácido-Chumbo

Saiba como otimizar as condições de carga para prolongar a vida útil.
A bateria de chumbo-ácido usa o método de carga constante de corrente constante (CC / CV). Uma corrente regulada aumenta a tensão do terminal até que o limite de tensão de carga superior seja atingido, momento em que a corrente cai devido à saturação. O tempo de carga é de 12 a 16 horas e até 36 a 48 horas para baterias estacionárias grandes. Com correntes de carga mais altas e métodos de carga de vários estágios, o tempo de carga pode ser reduzido para 8 a 10 horas; no entanto, sem taxa de cobertura completa. O ácido de chumbo é lento e não pode ser carregado tão rapidamente quanto outros sistemas de bateria. (Veja BU-202: Novos Sistemas de Chumbo-Ácido.)
As baterias de chumbo-ácido devem ser carregadas em três estágios, que são [1] carga de corrente constante, [2] carga de cobertura e [3] carga de flutuação. A carga de corrente constante aplica a maior parte da carga e ocupa aproximadamente metade do tempo de carga necessário; a carga de cobertura continua com uma corrente de carga mais baixa e fornece saturação, e a carga de flutuação compensa a perda causada pela descarga automática .
Durante a carga de corrente constante, a bateria carrega para cerca de 70% em 5 a 8 horas; os 30% restantes são preenchidos com a carga mais lenta que dura outras 7 a 10 horas. A carga de cobertura é essencial para o bem-estar da bateria e pode ser comparada a um pouco de descanso após uma boa refeição. Se for continuamente privado, a bateria perderá a capacidade de aceitar uma carga completa e o desempenho diminuirá devido à sulfatação . A carga flutuante no terceiro estágio mantém a bateria com carga total. A figura 1 ilustra esses três estágios .

Estágios de carga de uma bateria acidificada ao chumbo
Figura 1: Estágios de carga de uma bateria de chumbo-ácido. 
A bateria está totalmente carregada quando a corrente cai para um nível baixo ajustado. A tensão de flutuação é reduzida. A carga flutuante compensa a descarga automática exibida por todas as baterias. 
Cortesia de Cadex

A mudança do estágio 1 para o 2 ocorre sem problemas e acontece quando a bateria atinge o limite de tensão definido. A corrente começa a cair quando a bateria começa a saturar; a carga total é atingida quando a corrente diminui para 3-5% da classificação de Ah. Uma bateria com alto vazamento pode nunca atingir essa corrente de baixa saturação, e um temporizador de platô assume o controle da carga .
A configuração correta do limite de tensão de carga é crítica e varia de 2,30 V a 2,45 V por célula. Definir o limite de voltagem é um compromisso e os especialistas em bateria referem-se a isso como “dançar na cabeça de um alfinete”. Por um lado, a bateria quer estar totalmente carregada para obter a capacidade máxima e evitar a sulfatação na placa negativa; Por outro lado, a saturação excessiva, ao não alternar para a carga de flutuação, causa corrosão da grade na placa positiva. Isso também leva a gasificação e perda de água .
A temperatura altera a voltagem e isso dificulta a dança na cabeça de um alfinete. Um ambiente mais quente requer um limite de tensão ligeiramente inferior e uma temperatura mais fria prefere uma configuração mais alta. Os carregadores expostos a flutuações de temperatura incluem sensores de temperatura para ajustar a tensão de carga para uma eficiência de carga ideal . ( Veja BU-410: Carregando em altas e baixas temperaturas  )
O coeficiente de temperatura de carga de uma célula ácida de chumbo é –3mV / ° C. Estabelecendo 25 ° C (77 ° F) como ponto médio, a tensão de carga deve ser reduzida em 3mV por célula para cada grau acima de 25 ° C e aumentada em 3mV por célula para cada grau abaixo de 25 ° C. Se isto não for possível, é melhor escolher uma voltagem mais baixa por razões de segurança. A Tabela 2 compara as vantagens e limitações de várias configurações de tensão de pico .

2,30 V a 2,35 V / célula

2.40V a 2.45V / célula

Vantagens

Vida útil máxima; a bateria permanece fria; a temperatura de carga pode exceder 30 ° C (86 ° F). Leituras de capacidade mais altas e mais consistentes; menos sulfatação.

Limitações

Tempo de carga lenta; leituras de capacidade podem ser inconsistentes e declinantes a cada ciclo. A sulfatação pode ocorrer sem carga equalizadora. Sujeito a corrosão e gaseificação. Precisa de recarga de água. Não é adequado para carregar em altas temperaturas ambiente, causando sobrecarga severa .

Tabela 2: Efeitos da tensão de carga em uma pequena bateria de chumbo-ácido. 
Células de chumbo-ácido cilíndricas têm configurações de voltagem mais altas do que as baterias VRLA e de partida.
Uma vez totalmente carregada através da saturação, a bateria não deve permanecer na tensão de cobertura por mais de 48 horas e deve ser reduzida ao nível de tensão de flutuação. Isso é especialmente crítico para sistemas vedados porque eles são menos tolerantes a sobrecargas do que o tipo inundado. O carregamento além dos limites especificados transforma a energia redundante em calor e a bateria começa a entrar em combustão. 
A voltagem de flutuação recomendada da maioria das baterias de chumbo-ácido é de 2,25V a 2,27V / célula. As baterias estacionárias grandes a 25 ° C (77 ° F) normalmente flutuam a 2,25V / célula. Os fabricantes recomendam a redução da carga de flutuação quando a temperatura ambiente subir acima de 29 ° C (85 ° F).
A Figura 3 ilustra a vida útil de uma bateria de chumbo-ácido que é mantida em uma tensão de folga de 2,25V a 2,30V / célula e a uma temperatura de 20ºC a 25ºC (60ºF a 77ºF). Após 4 anos de operação, perdas permanentes de capacidade se tornam visíveis, cruzando a linha de 80%. Essa perda é maior se a bateria exigir descargas profundas periódicas. O calor elevado também reduz a vida útil da bateria. (Veja também BU-806a: Como o calor e o carregamento afetam a vida da bateria .)
Perda de capacidade de chumbo-ácido
Figura 3: Perda de capacidade no modo de espera. 
A perda de capacidade permanente pode ser minimizada com a operação em temperatura ambiente moderada e uma tensão de flutuação de 2,25 a 2,30 V / célula. 
Fonte: Power-Sonic
Nem todos os carregadores apresentam carga flutuante e muito poucos veículos rodoviários têm essa disposição. Se o seu carregador continuar cobrando carga e não cair abaixo de 2,30 V / celular, remova a carga após 48 horas de carga. Recarregue a cada 6 meses enquanto no armazenamento; AGM a cada 6–12 meses. 
Estas configurações de tensão descritas aplicam-se a células inundadas e baterias com uma válvula de alívio de pressão de aproximadamente 34kPa (5psi). O ácido de chumbo vedado cilíndrico, como a célula Hawker Cyclon, requer configurações de tensão mais altas e os limites devem ser definidos de acordo com as especificações do fabricante. Não aplicar a voltagem recomendada causará uma diminuição gradual da capacidade devido à sulfatação. A célula Cyclon Hawker tem um ajuste de alívio de pressão de 345kPa (50psi). Isto permite alguma recombinação dos gases gerados durante a carga.
Baterias envelhecidas representam um desafio ao definir a tensão de carga de flutuação porque cada célula tem sua própria condição exclusiva. Conectadas em uma string, todas as células recebem a mesma corrente de carga e controlam as tensões das células individuais à medida que cada uma atinge a capacidade total é quase impossível. As células fracas podem entrar em sobrecarga, enquanto as células fortes permanecem em um estado de fome. Uma corrente de flutuação que é muito alta para a célula desbotada pode sulfatar o vizinho forte devido a subcarga. Dispositivos de balanceamento de células estão disponíveis para compensar as diferenças nas tensões causadas pelo desequilíbrio celular.
A tensão de ondulação também causa um problema com grandes baterias estacionárias. Um pico de tensão constitui uma sobrecarga, causando evolução de hidrogênio, enquanto o vale induz uma breve descarga que cria um estado de fome, resultando em depleção de eletrólitos. Os fabricantes limitam o ripple na tensão de carga a 5%. 
Muito já foi dito sobre o carregamento por pulso de baterias de chumbo-ácido para reduzir a sulfatação. Os resultados são inconclusivos e os fabricantes e os técnicos de serviço estão divididos quanto ao benefício. Se a sulfatação puder ser medida e a quantidade certa de pulsação aplicada, então o remédio pode ser benéfico; no entanto, dar uma cura sem conhecer os efeitos colaterais subjacentes pode ser prejudicial para a bateria. 
A maioria das baterias estacionárias é mantida em carga flutuante e isso funciona razoavelmente bem. Outro método é ocarga de histerese que desconecta a corrente de flutuação quando a bateria entra no modo de espera. A bateria é essencialmente armazenada e é “emprestada” apenas de tempos em tempos para aplicar uma carga de reposição para reabastecer a energia perdida devido à auto-descarga, ou quando uma carga é aplicada. Esse modo funciona bem para instalações que não consomem carga quando estão em espera. 
Baterias de chumbo-ácido devem sempre ser armazenadas em um estado carregado. Uma carga de cobertura deve ser aplicada a cada 6 meses para evitar que a voltagem caia abaixo de 2,05V / célula e fazendo com que a bateria se torne sulfatada. Com o AGM , esses requisitos podem ser relaxados.
A medição da tensão de circuito aberto (OCV) durante o armazenamento fornece uma indicação confiável do estado de carga da bateria. Uma tensão de célula de 2,10 V à temperatura ambiente revela uma carga de cerca de 90%. Tal bateria está em boas condições e precisa apenas de uma breve carga completa antes de usar. (Veja também BU-903: Como medir o estado de carga .) 
Observe a temperatura de armazenamento ao medir a tensão de circuito aberto. Uma bateria fria reduz ligeiramente a voltagem e aumenta a voltagem. Usar o OCV para estimar o estado de carga funciona melhor quando a bateria descansa por algumas horas, porque uma carga ou descarga agita a bateria e distorce a tensão.
Alguns compradores não aceitam remessas de novas baterias se a OCV na inspeção de recebimento estiver abaixo de 2,10 V por célula. Uma baixa voltagem sugere uma carga parcial devido ao longo armazenamento ou uma alta auto-descarga causada por um micro-curto. Os usuários de bateria descobriram que um pacote que chega a uma voltagem menor do que a especificada possui uma taxa de falha maior do que aqueles com voltagens mais altas. Embora o serviço interno muitas vezes possa levar essas baterias ao desempenho total, o tempo e o equipamento necessários aumentam os custos operacionais. (Observe que o limite de aceitação de 2.10V / célula não se aplica a todos os tipos de chumbo-ácido igualmente).
Sob a temperatura certa e com corrente de carga suficiente, o ácido de chumbo fornece alta carga de forma eficiente. A exceção é a carga a 40 ° C (104 ° F) e baixa corrente, como a Figura 4 demonstra. Em relação à alta eficiência, o chumbo-ácido compartilha esse atributo fino com o Li-ion, que está mais próximo de 99%. Veja BU-409: Carregamento de iões de lítio e BU-808b: O que causa o ião de lítio a morrer? 
Eficiência de carga
Figura 4: Eficiência de carga da bateria de chumbo-ácido. 
À temperatura certa e com corrente de carga suficiente, o ácido de chumbo fornece alta eficiência de carga. 
Fonte: Power-Sonic

Rega

A rega é o passo mais importante na manutenção de uma bateria de chumbo-ácido inundada; um requisito que é muitas vezes negligenciado. A frequência da rega depende do uso, do método de carga e da temperatura de funcionamento. O excesso de carga também leva ao consumo de água 
Uma nova bateria deve ser verificada a cada poucas semanas para estimar a necessidade de irrigação. Isso garante que a parte superior das chapas nunca fique exposta. Um prato nu suportará danos irreversíveis por oxidação, levando a capacidade reduzida e desempenho inferior.
Se estiver com pouco eletrólito, encha imediatamente a bateria com água destilada ou desionizada. A água da torneira pode ser aceitável em algumas regiões. Não encha até o nível correto antes de carregar, pois isso pode causar um estouro durante o carregamento. Sempre complete até o nível desejado após o carregamento. Nunca adicione eletrólito, pois isso perturbaria a gravidade específica e promoveria a corrosão. Os sistemas de irrigação eliminam os baixos níveis de eletrólito, adicionando automaticamente a quantidade certa de água .

Orientações simples para carregar baterias de chumbo-ácido

  • Carregue em uma área bem ventilada. O gás hidrogênio gerado durante o carregamento é explosivo. (Veja BU-703: Preocupações com a Saúde com Baterias )
  • Escolha o programa de carga apropriado para baterias inundadas, gel e AGM. Verifique as especificações do fabricante nos limites de tensão recomendados.
  • Recarregue as baterias de chumbo-ácido após cada uso para evitar a sulfatação . Não armazene em carga baixa.
  • As placas de baterias inundadas devem estar sempre totalmente submersas em eletrólito. Encha a bateria com água destilada ou desionizada para cobrir as placas se estiver baixa. Nunca adicione eletrólito.
  • Preencha o nível de água para o nível designado após o carregamento. O enchimento excessivo quando a bateria está com pouca carga pode causar derramamento de ácido durante o carregamento .
  • A formação de bolhas de gás em um ácido de chumbo inundado indica que a bateria está atingindo o estado de carga total. (O hidrogênio aparece na placa negativa e o oxigênio na placa positiva).
  • • Abaixe a tensão de carga da bóia se a temperatura ambiente for maior que 29 ° C  (85 °F). .
  • Não permita que um ácido de chumbo congele. Uma bateria vazia congela mais cedo do que uma que esteja totalmente carregada. Nunca carregue uma bateria congelada.
  • Evite carregar a temperaturas acima de  49 ° C (120 ° F).

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