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EUROBAT
G U I D A E U R O B AT
P E R B AT T E R I E
VRLA
EUROBAT, l’Associazione dei Produttori Europei di batterie,
ha 36 iscritti e rappresenta più dell’85% dell’industria della
batteria in Europa. Agisce come portavoce e fonte di riferimento per promuovere gli interessi dei produttori di batterie avviamento ed industriali nei confronti dei consumatori,
delle istituzioni europee e dei governi nazionali.
© La riproduzione dei dati contenuti in questo rapporto è vietata
salvo autorizzazione di EUROBAT.
(Eurobat 2003)
Prefazione
Prefazione
Questa guida EUROBAT ha lo scopo di aumentare la conoscenza, la
comprensione e l’utilizzo di batterie trazione Pb-Acido con regolazione
a valvola (VRLA).
EUROBAT ne ha richiesto la pubblicazione come documento di
riferimento per l’utilizzo nelle istituzioni di formazione.
Tale guida può servire comunque all’utilizzatore di batterie trazione
per l’acquisizione delle specifiche. All’interno il lettore troverà
riferimenti alla tecnologia, ai test, agli standard, ed agli aspetti
operativi.
Altri link si trovano sul web www.eurobat.org
Dr. Albrecht Leuschner
President EUROBAT
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Introduzione
Introduzione
Le batterie VRLA, elementi o monoblocchi, non richiedono di essere rabboccate
durante la loro vita.
Comparate alle loro corrispondenti ad acido libero in normale attività, i gas di
idrogeno ed ossigeno sono prodotti in quantità veramente ridotte e sono espulsi
tramite una valvola “ermetica” che previene ogni entrata d’aria.
Questo sistema permette di eliminare ogni rischio che l’area dove opera la
batteria sia contaminata da tracce di elettrolito e non è necessaria una ventilazione supplementare per prevenire l’accumulo di idrogeno nell’area di carica.
Con le tecniche di carica più sofisticate, il costo elettrico per le batterie VRLA è di
solito inferiore a quello delle batterie ad acido libero tradizionali.
Le batterie VRLA richiedono dei componenti aggiuntivi, dei materiali e processi
che sono tuttavia più costosi. Per una buona durata della batteria è indispensabile
una carica con correnti controllate elettronicamente da un algoritmo più
complicato di quello per le batterie ad acido libero.
Ci sono diverse tecnologie VRLA, con diverse tecniche di carica; può essere non
possibile caricare batterie aventi la stessa tensione e simili capacità con lo stesso
caricabatterie se le batterie sono di produttori differenti che hanno seguito
tecnologie produttive differenti. I costi di produzione per le VRLA ed i loro
caricabatterie sono molto più elevati di quelli che si sostengono per i prodotti ad
acido libero.
Per alcune applicazioni, in particolare per lavori che prevedono delle scariche
profonde o dove ci siano basse temperature, la vita delle batterie VRLA può
ridursi. Per una buona durata della batteria, l’applicazione dovrebbe venire
sottoposta al produttore per avere le raccomandazioni del caso.
Tecnologia
Tecnologia
L’accettazione della carica da parte delle piastre positive e negative di una
batteria al piombo-acido si riduce quanto più la ricarica si avvicina al suo
completamento. L’aumento della tensione di polarizzazione è accompagnata
dalla decomposizione dell’acqua tramite reazioni elettrochimiche che producono
ossigeno da parte delle piastre positive e idrogeno dalle negative. Di solito la
riduzione dell’accettazione della carica ed il passaggio alla reazione di gasificazione avviene prima ed in maggior misura nella piastra positiva che nella negativa.
L’acido solforico dell’elettrolito è un reagente nella batteria al Pb-acido. Viene
consumato durante la scarica e la densità dell’elettrolito si riduce. L’acido solforico
che viene prodotto durante la ricarica è relativamente denso e si deposita, per
gravità, sul fondo dell’elemento.
Se l’elettrolito non venisse mescolato, la concentrazione di acido solforico sul
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fondo dell’elemento sarebbe troppo forte per una carica efficiente e per il buon
funzionamento dell’elemento e non ci sarebbe acido solforico sufficiente nella parte
alta dell’elemento a supportare la scarica della parte superiore della materia attiva.
La “stratificazione” dell’elettrolito è il termine usato per descrivere una densità di
elettrolito a livelli, che non è disgregata da un processo di carica regolare.
Nelle batterie ad acido libero la sovraccarica deve essere sufficiente a completare
la ricarica delle piastre positive e negative e a mescolare l’elettrolito producendo
bolle di idrogeno ed ossigeno. Il contenuto d’acqua dell’elettrolito deve essere
mantenuto tramite periodici rabbocchi.
L’inconveniente dei rabbocchi periodici nelle batterie ad acido libero è effettivamente ridotto se si utilizza un sistema di rabbocco centralizzato.
Il consumo d’acqua e la frequenza dei rabbocchi per le batterie ad acido libero sono
ridotti, ma non eliminati, nei regimi a Ridotta Manutenzione che usano elementi
di tecnologie elettrochimiche avanzate. La stratificazione dell’elettrolito è
controllata sia dall’applicazione di parte della sovraccarica a tasso ottimizzato per il
mescolamento dei gas dell’elettrolito, sia usando una pompa per il mescolamento.
Presupponendo che l’elettrolito venga mescolato, la capacità della batteria può essere
sostenuta con una minore carica per ciclo, che si raggiunge modificando l’algoritmo di
fine carica. In questo modo i costi elettrici ed il consumo d'acqua vengono ridotti.
Nelle batterie VRLA la distribuzione della densità
dell’elettrolito, che porta alla stratificazione, è
controllata dall’immobilizzazione dell’elettrolito
stesso che può essere presente come gel oppure
assorbito in separatori di microfibra di vetro (AGM).
Il mescolamento dell’elettrolito non è necessario. I
prodotti Gel ed AGM delle batterie VRLA hanno
caratteristiche che differiscono soprattutto riguardo la tecnica di carica.
Le batterie VRLA non sono completamente
saturate con l’elettrolito così che l’ossigeno
prodotto dalle piastre positive, quando la carica è
vicina al completamento, può diffondersi e reagire
con le piastre negative, ritardando la carica del più efficiente elettrodo. In questo
modo, con un appropriato regime di carica, è possibile bilanciare la carica delle
piastre positive e negative con una carica relativamente bassa. Nel ciclo
dell’ossigeno, questi reagisce con la piastra negativa e previene un’equivalente
produzione di idrogeno. Il tipico sviluppo di gas e perdita d’acqua nelle VRLA è
meno dell’1% di una carica equivalente.
In assenza di stratificazione di elettrolito, nelle VRLA è necessaria una carica più
bassa per ciclo e grazie al ciclo dell’ossigeno, la perdita d’acqua e la produzione di
gas sono sostanzialmente eliminati.
I pochi materiali impuri e le leghe prive di antimonio contribuiscono a garantire
una lunga durata delle batterie VRLA senza rabbocchi d’acqua.
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Test e Standard
Test e Standard
La IEC 60254-1 (1997), “batterie al piombo acido” è applicabile alle batterie VRLA.
La capacità di scarica è specificata a 5 ore misurata o corretta ad una temperatura
di riferimento di 30°C. La corrente di scarica di 20A per 100h della capacità
nominale è mantenuta finché la tensione media dell’elemento scende a 1,70V.
La vita in cicli della batteria è determinata da cicli al 70% di scarica a 20A/100h per
3,5h e dalle raccomandazioni del produttore per la ricarica. Durante questi cicli, la
temperatura dell’elemento dovrebbe rientrare tra i 33 e i 43°C.
Il test di resistenza dei cicli è completato quando, in una scarica misurata
periodicamente, la capacità scende sotto l’80% di quella nominale. In questo test,
si dovrebbe raggiungere un numero di cicli almeno uguale a quello stabilito dal
produttore.
Per batterie trazione ad acido libero i cicli sono al 75% di scarica con 25A per 100
Ah fino a che la capacità misurata scende al di sotto l’80% della capacità nominale
Operatività
Operatività
Manutenzione
Le batterie VRLA non richiedono di essere rabboccate con acqua. Qualsiasi rischio
di fuoriuscite è eliminato, evitando anche cammini elettrici parassiti o corrosioni
della batteria, del cassone, del veicolo o della sala carica.
Carica
I carica batterie per batterie AGM o gel sono diversi a seconda della tecnologia
seguita. L’effetto di ricombinazione dei gas, che virtualmente elimina la perdita
d’acqua nella forma di idrogeno ed ossigeno, influenza la tensione nella carica.
Incidono quindi sull’algoritmo di carica sia il modo in cui la corrente viene fornita
alla batteria che i diversi controlli di sicurezza che dovrebbero venire applicati.
Con le VRLA vengono utilizzati dei carica batterie elettronicamente controllati, di
modo che il profilo di carica specificato e l’algoritmo finale vengano seguiti
indipendentemente dalle fluttuazioni della rete di alimentazione. La carica deve
essere conforme alle raccomandazioni o specifiche del produttore della batteria.
La temperatura influenza la carica: più alta è la temperatura, più bassa è la
risposta della tensione alla corrente. La compensazione della carica basata sulla
temperatura della batteria può aiutare ad evitare tale effetto. Per attività a basse
temperature (es. celle frigorifere) consultare il produttore della batteria.
Sebbene possa contribuire ad alzare la temperatura della batteria, una carica
estemporanea può essere appropriata per alcune applicazioni, come pure una
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durata di vita ottimale può richiedere profili speciali di carica estemporane per la
piena ricarica. Il produttore della batteria dovrebbe essere consultato per le specifiche.
Temperatura di lavoro
La capacità di una batteria è riferita ad una temperatura di 30°C. Come mostrato
nella figura, la capacità è influenzata dalla temperatura e viene ridotta
significativamente a basse temperature.
La durata della batteria si riduce
alle alte temperature, mentre l’efficienza
%
C5 capacity
%ofdella
capacità C5
Capacità
diverse at
temperature
Capacitya available
different
per batterie
VRLA
temperatures
for VRLA
batteries
della carica si riduce alle basse tempera-
Ideal operating temperature
Termperatura
ideale
ture. La temperatura della batteria
Acceptable operating
temperature
Temperatura
accettabile
dipende dall’impiego della batteria
Referriferimento
to manufacturer
before using
in these
temperatures
Fare
al manuale
prima
di lavorare
a questa T
stessa, dalle sue dimensioni così come
120%
dalla temperatura ambiente. Per applica100%
zioni dove la temperatura ambiente sia
80%
al di fuori dell’intervallo accettabile, si
60%
dovrebbe consultare il produttore della
batteria.
40%
20%
0%
-20°C
-10°C
0°C
10°C
20°C
30°
40°C 45°C
Temperatura
Temperature
Durata Batteria e Controllo della profondità di scarica
La relazione tra la vita della batteria e la profondità di scarica è illustrata nella
figura. Più critica che per le batterie ad acido libero, dove una buona durata può
essere ottenuta limitando le scariche ad
un 80% della capacità nominale, per le
batterie VRLA la profondità della
Effetto
profondità
di scarica
Effectdella
of depth
of discharge
sui
cicli della
batteria
on battery
cycle
life
scarica deve essere limitata al 70%.
L’installazione
%%
depth
prof.of
didischarge
scarica
80%
di
un
bloccaggio
idraulico o di un indicatore di scarica
70%
può risultare necessaria per ottimizzare
60%
la vita della batteria. Si può anche far
riferimento alla documentazione ZVEI
50%
“Considerazioni sulla vita delle batterie
40%
trazione”.
30%
100%
120%
140%
160%
180%
200%
Vita
batteria
service
life
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EUROBAT
Association of European Storage
Battery Manufacturers
Avenue Marcel Thiry 204
1200 Brussels
Belgium
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