Brzo punjenje SLA baterija

Na mnogo mesta na NET-u ćete videti da se striktno preporučuje punjenje SLA (Sealed Lead Acid) baterija strujom NE VEĆOM od C/3. Čim se neko pojavi na nekom forumu i pita kako bi mogao brže da napuni neku SLA bateriju, odmah svi uleću sa savetima da se striktno drži preporuka proizvođača i da to mora da se puni polako i više sati. Novija istraživanja međutim, pokazuju da to uopšte nije tako i da je moguće sasvim uspešno i bez štete po bateriju ili rizika za vas puniti ovaj tip baterija i ubrzanom metodom i mnogo većim strujama.

Da prvo kažem šta u stvari znači punjenje strujom koja je C/3. Kapacitet baterija se obično obeležava sa "C" (od Capacity) kod ovog tipa baterija je uvek u Amper-časovima ili "Ah". Dakle ako na bateriji piše 12V/7Ah i ako sledite navode proizvođača, treba da je punite strujom koja nipošto nije veća od C/3 a to znači 7Ah/3=2,3A. Za punjenje proizvođači uvek preporučuju još manje struje reda C/5 do C/10.

Novija istraživanja u automobilskoj i vojnoj industriji sprovode se svakodnevno od strane velikog broja istraživača i svi oni istražuju mogućnosti da se takve baterije pune za što kraće vreme. David Linden u svojoj knjizi "Battery Handbook" navodi sledeće: "The VRLA battery is capable of recombining the oxygen produced on overcharge up to the C/3 rate of constant current charge. At higher rates the recombination reaction is exceeded by the rate of gas generation." (VRLA = Valve Regulated Lead Acid baterije su SLA baterije koje imaju sigurnosni ventil koji reguliše pritisak unutar baterije a takva je većina današnjih SLA baterija).
U prevodu: "VRLA baterije su sposobne da izvrše rekombinaciju(apsorbovanje) celokupnog kiseonika koji se stvara kod prepunjavanja pri punjenjima konstantnom strujom do C/3. Pri još većim strujama sposobnost rekombinacije biva nadjačana količinom gasa koji se stvara."
Pravilno tumačenje ove izjave bi bilo da se kiseonik NE STVARA unutar baterije tokom normalnog procesa punjenja, već njegovo stvaranje počinje tek kada krene PREPUNJAVANJE baterije. Ako se to prepunjavanje događa pri strujama manjim od C/3, sama baterija je konstrukcijski sposobna da bez ikakvog oštećenja apsorbuje sav nastali kiseonik čak i ako se prepunjavanje nastavi. Problem i šteta po bateriju nastaju ako se prepunjavanje obavlja strujom većom od C/3 jer će tada količina nastalog kiseonika biti veća nego što to baterija može da apsorbuje.

Na drugom mestu u knjizi Linden diskutuje o brzom punjenju i kaže da je postavljao fiksni napon iz punjača i puštao da baterija "povuče" koliko joj treba bez ograničavanja struje. Nakon toga zaključuje: "These data show that the thin-plate VRLA battery can be fast-charged to 100% of the rated capacity in less than 1 hour." = Podatci pokazuju da se VRLA baterija može napuniti do svih 100% svog kapaciteta za manje od 1 sata. I neki drugi istrazivači su radili na ovom problemu pa tako Sandeep Dhameja u knjizi "Electric Vehicle Battery Systems" navodi: "Fast charging does not exhibit detrimental effects on battery cycle life." = Brzo punjenje ne pokazuje nikakav negativan efekat na životni ciklus baterija. On je to ispitivao pri strujama punjenja od 8C do 9C, znači 24 do 27 puta većom strujom nego što proizvođači navode, ali nije punjenje gurao preko 80% napunjenosti baterije. Takođe i David Anthony, James Rand, P. T. Moseley, J. Garche i C. D. Park u knjizi "Valve-regulated Lead-acid Batteries" kažu: " It is now abundantly clear that thin-plate VRLA batteries can be fast charged with excellent results. Contrary to previous beliefs, for a given VRLA product, the imposition of aggressive charging algorithms that minimize the effects of the oxygen cycle and finish the charge relatively quickly can result in superior cycle lives."
Drugim rečima, brzo punjenje će čak omogućiti veći broj ciklusa punjenja nego ako to uvek obavljate strujama ispod C/3.

Ja takodje imam potrebu za brzim punjenjem dve 6V/4,5Ah SLA baterije za moj bait-boat za ribolov pa sam i sam krenuo u malo istraživanje problema. Do sada sam testirao 14 razlicitih SLA baterija, različitih napona i kapaciteta kao i raznih proizvodjača. Neke od njih su povremeno punjene i strujama od 3C i 4C i to koliko vidim bez ikakvih negativnih posledica. Potom sam se okrenuo rešavanju svog slučaja i na kraju došao do rešenja koje je dato na priloženoj šemi.

Specifičnost mog slučaja je u tome što punjač mora da radi sa ulaznim naponom od 12V DC tj. izvor struje je automobilski akumulator jer sve to treba da funkcioniše negde u prirodi gde nema zidne utičnice i mrežnog napona od 220V. Moj brzi punjač koristi jedan fabrički gotov modul takozvanog BUCK konvertora baziranog na IC LM2596. BUCK konvertor je u stvari jedan prekidački stabilizator koji viši ulazni napon pretvara u niži a sa što manjim gubitcima. Ovaj koji sam ja koristio ima mogućnost kontinualne regulacije i izlaznog napona i izlazne struje. Pošto je zbog upotrebe brodića potrebno da on nije van pogona predugo dok čeka da se napune baterije, struja punjenja je podešena na 2-2,5 Ampera. Ono što fabricki konvertor nema u sebi a što je kod brzog punjenja neophodno je precizna kontrola napona do kog se baterija napunila kako bi se u pravom momentu punjenje prekinulo i na taj način izbeglo prepunjavanje koje je za bateriju opasno. To sam rešio malim dodatnim sklopom koji sadrži izvor vrlo preciznog napona sa TL431A, komparator sa kolom LM311 i snažni MOSFET IRFZ44 sa vrlo malim unutrašnjim otporom kad je u stanju provodjenja. Ceo ovaj dodatni sklop se napaja direktno sa ulaznog napona tj. sa 12V iz auto-akumulatora.

Dokle god je napon baterije koja se puni manji od referentnog napona koji postavlja TL431 bice izlaz iz komparatora (nožica 7) na potencijalu punog pozitivnog napona napajanja dakle na +12V. LED dioda tada neće svetleti a gejt MOSFET-a je tako pobudjen da će IRFZ44 biti potpuno otvoren i izmedju svog Drejna i Sorsa imati veoma mali otpor reda nekoliko milioma - praktično kao da je kratak spoj izmedju Drejna i Sorsa. Baterija se tada ubrzano puni i kada napon na njoj dostigne 7,4V izlaz komparatora će naglo pasti skoro na nulu što će momentalno zatvoriti MOSFET i izmedju njegovog Drejna i Sorsa vise neće teći nikakva struja - brzo punjenje se prekida. Tada će da se upali i LED dioda označavajuci kraj procesa. Ako je napon na bateriji dostigao 7,4V (2,46V po ćeliji) to je znak da je sasvim napunjena pa bi svaki dalji nastavak punjenja pretstavljao PREPUNJAVANJE te zato proces mora tada da se prekine. Postoji još jedan otpornik od 22 oma vezan paralelno MOSFET-u. Njega sam nazvao "Float resistor" jer on po završetku procesa brzog punjenja obavlja ulogu ograničenja struje na takvu meru da se baterija i dalje veoma lagano održava na punom kapacitetu. Njegova vrednost je takva da tu struju dopunjavanja postavlja na oko C/100 tj. oko 45-50mA u mom slučaju.

Ja nisam posebno razradjivao pločicu za ovaj sklop jer je šema dovoljno jednostavna da se lako uradi i na Protoboardu.

Lepo,jasno,korisno ☺

Fina konstrukcija ;)

---

Koncepcijski nije loše, voleo bih samo da pročitam kakva su dugoročna iskustva, odnosno, koliko je ciklusa baterija izdržala takvim načinom punjenja. Naime, "Outgassing" se javlja već na nižim naponima od 2.46 V po ćeliji. I nije samo kiseonik taj koji se oslobađa tom prilikom već i vodonik. Takođe, izmeri koliki je prirast temperature akumulatora tokom procesa punjenja.

Šaranima je lepo dok se prihranjuju hranom, međutim, neće im biti lepo posle 1 do 2 sezone kada akumulator, kojim slučajem, posle "ispuštanja duše" završi, "slušajno" u reci u kojoj su oni "kod kuće".

Da bi se bilo koji akumulatori brzo punili, bez mikrokontrolera nema ozbiljne priče. Ne bih sada u "sitna crevca" neke stvari su "proprietary". Npr, punjenje SLA/VRLA, a i onih običnih akumulatora za max. 2h na 100+% kapaciteta (energetski posmatrano) na takav način da ne dolazi do degradacije istih, čak sa produžavanjem životnog/radnog veka istih.

---

Nisam to u praksi doziveo a koliko vidim to ne navode ni oni koji se time mnogo vise bave i na mnogo ozbiljnijem nivou. Inace, baterije nisu bas striktno moja oblast ali recimo da znam ponesto. Istrazivanja po svetu se rade za vojnu avio-industriju i automobilsku industriju pa nesto ne verujem da bi svi tu pojavu preskocili ili precutali, jer niko ne zeli da se igra sa takvim stvarima ugradjenim u borbene avione ili stotine hiljada elektro-automobila koji voze ljude! Prerano otpustanje gasova bi se mozda moglo dogadjati kod ostarelih baterija gde se hemija i proces vise ne odvijaju kako treba, ali sa tim ja nemam prakticna iskustva pa za takve slucajeve i ne tvrdim da se ne dogadja to o cemu govoris.



Upravo o tome sam i pisao - o ubrzanom punjenju ali pri kome ne dolazi do degradacije baterija , cak im se i produzava vek.

Nisam primetio znacajno zagrevanje baterija tokom punjenja jer im nisam ni dozvoljavao da se prepunjavaju. Tokom normalnog punjenja se temperatura vrlo umereno poveca do vrlo blago tople.

Na isti nacin bi se baterija punila i bez ovog LM2596 ukoliko bi se umjesto njega koristio bilo kakav izvor
konstantne struje. I ako bi se uklonio ovaj 22 Ohma, paralelno IRFZ44, ukoliko dodje do bilo kakvog pada
napona na bateriji, komparator ce ukoliko je i dalje SLA prikljucena na izvor, pustiti jedan impuls na SLA
sto ce dopuniti istu. Jedinu dilemu imam oko jacine struje punjenja, jer na skoro svakoj SLA bateriji
pise inicijalna struja punjenja, koja je 1/3 C, i zbog nemogucnosti kontrole prirasta temperature unutar
SLA baterije mislim da je svako prekoracenje prilicno rizicno po SLA bateriju.

Pravio sam slican punjac, postujuci inicial curent, a referentni napon i komparator ima
i u prastarom L123 (LM723) koji sam i koristio.-

Baterije (2x12V/42Ah) punjene ovim punjacem koji sam pravio vec dugo pogone elektromotorna
invalidska kolica, tako da stetnih posljedica po baterije nema.

Da bi SLA baterija vukla navedenu 1/3C ili jacu struju iz punjaca, napon mora biti znatno visi od
napona pune baterije.-

_{[Ovu poruku je menjao emiSAr dana 28.04.2013. u 15:27 GMT+1]}

---

Evo malko priče o Outgassing.

http://www.battcon.com/PapersF...8/ODonnellPaper2008PROOF_6.pdf

---

U potpunosi se slazem sa tobom i ja sam na prvi pogled vidio da je shema bespotrebno iskoplicirana..
Moze i na drugi nacin jos jednostavniji..LM2596 ima dva jako interesantna pina na koji mnogi ne obracaju paznju feedback i ON/OFF...

---

Skoro sve ste u pravu, ali ja sam hteo da dam jedno svoje resenje sto ne znaci da to ne moze i drugacije i to na ko zna koliko jos nacina. Eto, ja resih ovako. Imao sam na raspolaganju takav mali BUCK konverter i iskoristio ga. Svakako da neko drugi to moze resiti na svoj nacin, nekim izvorom konstantne struje ili nekim drugim metodom.

Ja nisam primetio bilo kakvo izlazenje gasa ili bilo cega pa o tome ne mogu svedociti. Verujem da bi to i onako bilo vrlo tesko primetiti jer je u jako malim kolicinama. Inace, u tom O'Donelovom tekstu se u stvari pise o klasicnim olovnim akumulatorima sa tecnim elektrolitom bas kao oni u automobilima i samo povremeno pominje VRLA baterije. Te dve vrste se po nekim stvarima dosta razlikuju a posebno po "Outgasing"-u koji je kod obicnih olovnih aku. i do 50X veci nego kod VRLA baterija!!! To covek i lepo kaze.

Ne vidim poseban razlog za nekakvu raspravu jer napomenuh da sam se bazirao na vrlo ozbiljnim istrazivanjima ljudi po svetu, i sam sam probao i do sada nisam imao nikakvih negativnih strana sa ovom metodom i eto to iskustvo podelio ovde sa svima. To ne znaci da bilo ko MORA da mi veruje niti da me sledi, kao ni da se sve ovo ne moze i na neki drugi nacin izvesti!

SLA, VRLA su samo varijeteti iste hemije: olovo/sumporna kiselina. Ne znam da li si imao prilike da pokušaš da izvadiš naduvene SLA iz nekog UPS-a, bez sečenja lima istog (UPS-a), a sve zbog lošeg punjenja.
Lepo napisah da je koncepcija nije loša samo što će dovesti do gubitka vode, vremenom.
Kod pojedinih tipova VRLA akumulatorima u čepovima/ventilima se čak nalazi i katalizator koji gasove koji nastaju prilikom punjenja (ako se o njima ne vodi računa :)) - vodonik i kiseonik (u mešavini poznato kao praskavi gas), rekombinuje u vodu koja otkaplje nazad u ćeliju.
Outgassing se javlja u SVIM tipovima ćelija, olovne ili nikl hemije.

---

Ovo pocinje da izgleda kao "Ja u klin" a "Ti u plocu"!
SLA i VRLA jesu isti tip baterije ali taj covek O'Donnell 95% teksta pise o "flooded lead-acid batteries" a to nije bas isti tip. Jesu olovne ali otvorenog tipa i sa tecnim elektrolitom a ne GEL elektrolitom. Te baterije su automobilski akumulatori kako ih mi zovemo. SLA i VRLA danas gotovo sve IMAJU ugradjen katalizator za rekombinaciju gasovitog vodonika i kiseonika i zato gotovo da i ne pokazuju "outgasing" ako se pravilno pune i ako su baterije ispravne. "Flooded lead-acid batteries" za razliku od SLA i VRLA NEMAJU katalizator i pokazuju i do 50 puta vecu tendenciju stvaranja i otpustanja gasova.

Već sam se žalio na ovo što sledi, ne mari i da ponovim.
Doduše, radi se o Nimh baterijama.
Kupio Hama komplet, punjač i 4 baterije. Zaista brz, napuni ih za sat-dva. Ubrzo mi sve baterije stradale. Bio sam pametan pa punio i neke jako dobre originalne Sony pa čak i neke Nicd.

Opametio sam se i sada punim isklučivo sa 1/10 C pa neka traje koliko traje. Eneloop baterije ovako punjene za fotoaparat gotovo da ne mogu da istrošim, a i pored višemesečnog stajanja u aparatu uvek su spremne za rad. Takođe i baterije u satovima, daljincima i slično zaboravim kada sam punio.

Sve se to svede na kraju kolko para tolko muzike ...

Ja samo uzimam za primer ozbiljne UPS sprave gde upravo imaju takve vrste baterija i gde bi i korisnik i proizvodjac naravno voleo da se prazan akumulator napuni sto pre (a resursa za punjenje ima, to nije problem), ali bez 3-5 sati to skoro niko ne radi.
Nesto malo bolja situacija je sa mobilnim telefonima ali tamo se koriste druge vrste baterija i procesorsko upravljanje punjenja sa strogom kontrolom/kalkulacijom temperature ali opet nimimum 2-3 sata i uz takve uslove postizu relativno dugacak vek trajanja akumulatorskih baterija.

Mozda jeste ova analiza oko punjenja baterija tacna (a mozda i nije?), ali da li treba to uzimati zdravo za gotovo, ko je to jos potvrdio, kakve su to tacno baterije - ove sto se kod nas prodaju? Vrlo sam skeptican ... :)

Dakle sa ovim ocajnim kvalitetom baterija koji se kod nas vrti u prodaji (ima retkih izuzetaka), ja bih isao od 1/3C pa nanize tj duze vreme punjenja, koja god da je hemija baterija i tehnika punjenja. Ovu vrednost 1/3C ajd da kazem da je neka prosecna struja punjenja, zavisno od vrste baterija to u toku vremena varira, poznato vec ...

Ko hoce nek puni i sa 1C i sa 5C ako zeli, ali to moze tako jedno 20 - 30 puta da se napuni i cao (kineske low-cost) baterije ... :)

Mozda je pametnije resenje za ovaj konkretan slucaj uzeti par baterija, jedna na brodicu a druga se puni "normalno" kako smo vec navikli i zasta imamo kolko-tolko predvidljive rezultate po pitanju trajnosti baterija.

_{[Ovu poruku je menjao mikikg dana 30.04.2013. u 10:29 GMT+1]}

---

Da dodam malo "kiseline" jer je VUK (Voda U Kiselinu) o p a s a n..
Da bi akumulatorska baterija iz punjaca povukla struju 1/3 C ili jacu, kod "regularnih" SLA punjaca koji su
svi redom sa konstantnim naponom punjenja koji je jednak naponu napunjene baterije, baterija mora biti duboko
ispraznjena. Elektrohemija odradi svije, i akumulator kako se dopunjava," tegli" sve manju struju dok ista ne
opadne na zanemarivu. Vrlo je bitno postovati napon napunjene baterije, pa ako ce baterija kao u UPS
uredjajima biti stalno prikljucena na punjac, taj napon je priblizno 2,23V po celiji, inace nastaje "kljucanje"
ili pregrijavanje i unistavanje baterije.
Ako ce baterija po napunjenost biti iskljucena sa punjaca (za mobilnu upotrebu) dozvoljava se i 2,5V po celiji

Da bi kroz bateriju koja se puni " gurali" struju koja je 1/3 C ili jacu tokom cijelog ciklusa punjenja, napon
iz punjaca mora biti priblizno 3V po celiji.

Punjac predlozen u naslovu teme radi i m p u l s n o.

Jaka struja 1/2C i sl, vrlo brzo na krajevima baterije dostigne napon pune baterije. Komparator odradi svoje i
iskljuci bateriju sa punjaca. Kako baterija nije puna, napon joj vrlo brzo opadne, komparator odradi svoje i
ponovno ukljuci punjenje.
Ovaj "odmor" je u pocetku ciklusa punjenja toliko mali, da ne primjetimo svjetljenje LE diode na
izlazu iz komparatora. Kako ciklus punjenja traje, "odmori" postaju cesci, i u pocetku primjetimo
tinjanje-slabo svijetljenje LE diode, da bi se na kraju ciklusa, baterija dostigla zadati napon, LE dioda
stalno ukljucila, izlaz iz komparatora pao na"0" nulu.
Veoma je bitno definisati napon do kojeg ce se akumulator puniti da ne bi bilo stetnih posljedica po isti.-

Ovo "razglabanje" moze potvrditi osciloskop nakacen na izlaz komparatora.-

Od ranije je poznato da i m p u l s n o punjenje akumulatora istom produzava "zivotni"vijek.-

Jos bolji posao moze odraditi MCU koji definise impulsno punjenje, ali na kraju svakog impulsa
punjenja, vrlo kratko , max 2% impulsa punjenja ukljucuje praznjenje baterije-akumulatora
istom strujom kojom se i puni.-

pOz

---

Ovo je resenje za one koji imaju potrebe da brzo napune baterije iz bilo kog njima vaznog razloga. Ja tokom proba nisam uocio negativne posledice ali ne tvrdim da ih nema niti ce ih biti jer za to nije bilo dovoljno vremena. To sto sam pisao vise-manje tvrde i ljudi u knjigama koje sam naveo a oni rade ozbiljna naucna istrazivanja za vojnu avijaciju i industriju elektricnih automobila pa mi nije bas verovatno da se tek tako "frljaju" pojmovima i rezultatima jer to u tim oblastima nije dozvoljeno i greske bi kostale basnoslovne sume i reputaciju.
Ko ne veruje ili se plasi ili brine o troskovima, nece ovo ni koristiti vec se drzati sigurice pa kako mu bude. Svako ima svoje vidjenje, prethodna iskustva, svoj stav i ugao gledanja kao i svoje zivotne prioritete pa ce se prema tome i postaviti u ovom ili nekom srugom slucaju.

Koliko se secam, brzi punjaci su bii sa ciklusiranim punjenjem-praznjenjem. 2/3 djuti sajkla je punjenje, doticnim dozvoljenim strujama, a 1/3 je sa malim negativnim naponom, obrtanje polariteta.
To je smanjivali proizvodnju gasova, malo homogenizovalo jone, da se ne uspostave strujnice velike struje, preko malih povrsina elektroda.

Kod NiCd je sprecavalo proizvoddnju "planine" medju elektrodama i pravljenja kratkog spoja u bateriji.

Poz

Dali je neko pravio ovaj FAST 6V/4Ah SLA BATTERY CHARGER od Dr Bore Jagodica pa da ima slucajno nacrt plocice?