niedziela, 12 lutego 2017

Mikroprocesorowy desulfator - test serii akumulatorów

Kupą mości Panowie

Pierwsza próba odzyskania akumulatora 7Ah - niestety negatywna. Ładował się pięknie przez tydzień ale przy kolejnych próbach obciążeń żarówką 20W nieodmiennie dawał z siebie nie więcej niż 9 V.
Trafi do kosza ale wcześniej zostanie użyty do badań mocno niszczących impulsami o napięciu 100 - 150 V. Ponoć takie solidne kopanie czasami przywraca żywotność zwartym celom.

Na razie dzięki dobroci kolegów (oby żyli wiecznie!) stałem się posiadaczem 8 identycznych akumulatorów AGM  CSB 9Ah pracujących uprzednio w UPSach  APC.  Na pierwszy rzut wyglądają jak nówki z produkcji. Ale poszły w odstawkę bo nie trzymają pojemności - a tak naprawdę to są maksymalnie zajechane. A więc ideał. Mam okazję przećwiczyć parametry i procedury odsiarczania na większej liczbie próbek. Chciałbym uzyskać w miarę obiektywne zasady pracy układu desulfatora pozwalające na pełną automatyzację odzyskiwania zasiarczonych akumulatorów. Jako że przewidywany czas odsiarczania jednego akumulatora to około 2-3 tygodni to zabawa z 8 akumulatorami zajmie co najmniej pół roku. Pierwszą połowę akku umyję zwykłym ręcznym szamponem a drugą ......Wróć - procedurą.
Mam zamiar odzyskać wszystkie sprawne elektrycznie baterie. A jest o co powalczyć bo te 2kg drobiazgi potrafią wydać z siebie nawet 130A. Do odpalenia traktorka kosiarki idealne. A i w ogrodzie znajdą zastosowanie do zasilania układu zdalnego podlewania. Oj może być ciekawie.....

Przygotowanie do testów

Pierwsze naładowanie do napięcia 14,4V impulsami o szerokości 3-5/255 (3-5 odcinków czasu z 255 wypełnienia przebiegu pwm o częstotliwości 500Hz jakie generuje NANO)  i napięciu zasilania 24V. Podwyższyłem napięcie na wejściu prostownika dla zwiększenia amplitudy szpilek prądu podawanych na akumulator w czasie odsiarczania. Znawcy tematu zalecają by szpilki prądu miały szerokość pojedynczych us i wartość maksymalną pond 100A. Ja tyle nie osiągnę ale wnioskując z wielkości średniego prądu piki mogą mieć amplitudę około 10A-20A. Na oscyloskopie (no powiedzmy na wskaźniku oscyloskopowym MINI4) tak na oko czujnik Halla ACS720 daje maksymalne wartości pików prądu czyli co najmniej 25A. Jest więc nieźle. Kondensator 10mF rzeczywiście pozwala na duże przyrosty prądów ładowanych do akumulatora w czasie 10us impulsów. Aby zmniejszyć straty na kablach zasilających akumulator skróciłem ich długość do 50 cm i zwiększyłem średnicę do 2,5 mm2. Wyraźnie (x 2) wzrosła amplituda szpilek napięcia obserwowanych na akumulatorze. Mogę jeszcze "podkręcić" szpilki prądu dodając równolegle do 10mF dodatkowe kondensatory o niskiej impedancji. Ale to dopiero w następnej wersji desulfatora - w tej główną barierą jest oporność DS obu szeregowych MOSFETów - każda po ponad 100mom. Mam już nowe tranzystory IRF9540 o  5x mniejszej oporności.

Procedura odsiarczania

  • Pierwszy pomiar oporności wewnętrznej przed rozpoczęciem procedury odsiarczania.Po naładowaniu do napięcia 14,4V obciążam baterię kolejno jedną a następnie dwoma 20W żarówkami. Czekam na ustabilizowanie się napięcia. Wyznaczam szacunkową wielkość rezystancji wewnętrznej = (U1-U2)x0,6


  • Po ponownym naładowaniu do napięcia 14,4 zaczynam podawanie na akumulator stałych impulsów napięcia o wartości 24V i szerokości 1- 2/255 x 2ms - około 8 - 16 us i prądzie 20-30A

  • Po kolejnych odcinakach czasu (12 h - 24h)  załączam na chwilę obciążenia dla pomiaru rezystancji wewnętrznej  - a w zasadzie do oceny czy jej wartość ulega zmniejszeniu po kolejnej serii odsiarczania. Jeśli tak - kontynuuję procedurę aż do ustabilizowania się  pomiarów oporności. Załączam pierwsze obciążenie i czekam do obniżenia się napięcia do w miarę stabilnej wartości w okolicach  12,6V (napięcie nominalne) po czym załączam na chwilę drugie obciążenie odczytując wartość napięcia. Wyznaczam Rwew = (U1-U2)x0,6. Procedura jest powtarzana do ustabilizowania się pomiarów Rwew.

  • Na koniec procedury generuję testowe obciążenie akumulatora prądem 3,2 A (dwie żarówki 20W) aż do spadku  napięcia do 11V mierząc czas rozładowania. . Według danych katalogowych  sprawny akumulator winien utrzymać napięcie 11V po czasie 90 min. Jeśli uzyskam 2/3 tej wartości (1h) uznaję akumulator za naprawiony

Proste? A więc do dzieła

Akumulator nr 1


1. Pierwsze naładowanie do 14,4 V   1 obc > U1 = 11,9  2 obc > Us2 = 11,2  Rwew= 0,42 om
Spora oporność w stosunku do nowego (0,019 om) więc mam tu ewidentne zasiarczenia i raczej sprawne wszystkie cele.

2. Powtórne naładowanie do 14,4 V . Podawanie impulsów 1/255 i 2/255 (8-16us)
Podawanie impulsów 2/255 powoduje wzrost napięcia na akumulatorze do 15 - 15,3V zaś impulsów 1/255 do napięcia 14,6-14,8V.  Napięcia po ustabilizowaniu się nie rosną a nawet minimalnie (0,1V) maleją

3 Pomiar oporności  po 12h. U1=12,7 U2=12,2  Rwew = 0,30 - spada a więc naprawiamy dalej

4 Pomiar oporności  po 24h  U1=12,6 U2 = 12,2 Rwew = 0,24.  Napięcie bez obciążenia po zakończeniu testu = 13,1V
Trzeba zwiększyć dokładność pomiaru napięcia do dwu miejsc po przecinku (1/1000) bo różnice napięć pomiędzy kolejnymi próbami są coraz mniejsze.

i tak przez kolejnych 5 dni
>>> Pierwsze testowe wyładowanie jedną żarówką (ok 1,6 A)
    stabilne napięcie przy rozładowaniu - 12,53V
    czas rozładowania do napięcia 11V - 50 min
    przybliżona pojemność  - 1,3 Ah  tylko? :(

Wnioski do procedury Ładowanie Rozładowanie LR
Na moje oko powyższa procedura nie sprawdza się - ładowanie impulsami o szerokości 8-16us do napięcia 15,2-15,4V a potem krótkie rozładowywanie żarówką prądem 1,6A do napięcia 13,6V nie wydłuża czasu kolejnych ładowań. Powiem więcej - raczej je skraca a to oznacza, że pojemność zamiast rosnąć raczej maleje a więc zasiarczenie rośnie. Tak może być gdyż krótkie (30-50 s) rozładowania prądem 1,6A może powiększać ilość nierozpuszczalnych kryształków siarczanów, których kolejne ładowanie impulsowe może nie rozłożyć. To gdybanie ale fakt jest taki że efekt odsiarczania po początkowym sukcesie jest raczej mizerny

Ponownie analizując artykuł naszych energetyków oraz cytowany przez nich artykuł dr Sauera 
widzę potrzebę całkowitej zmiany procedury odsiarczającej a w zasadzie konieczność wprowadzenia dwu procedur.

Procedura Ładowania z Przerwami  PLP
Procedura Stałego Ładowania PSL

Procedura PLP ma polegać na ładowaniu impulsami do napięcia 15,3 - 15,6 V a po jej osiągnięciu następuje wyłączenie ładowania do czasu spadku napięcia ponownie do wartości 13,4V. W tym trybie nie będzie dochodziło do powtórnej krystalizacji siarczanów  w wyniku pobierania prądu z akumulatora. Przerwa w ładowaniu jest po to by ustabilizowały się procesy chemiczne w akumulatorze i by nie przekroczyć napięcia powyżej tych 15,3 - 15,6 V ze względów bezpieczeństwa. Po prostu nie wiem jak i kiedy wydzielą się gazy w akumulatorze co przy szczelnym akku może skończyć się małym pif-paf. Stabilizacja ma umożliwić ponowne powiązanie w wodę atomów wodoru i tlenu, które mogą się wydzielić przy przeładowaniu akumulatora. Szczelne baterie mają jakieś katalizatory odpowiedzialne za funkcję powtórnego związania gazów.

Procedura PSL to taki trochę crash test. W pełni naładowany akumulator podłączę  na stałe do impulsów 10-20 us z maksymalnym prądem w impulsie jaki uda mi się wycisnąć z prostownika i przyłączonych kondensatorów. Powinno to dać średni prąd na poziomie 01-02 x I10. Pozwolę napięciu na akumulatorze rosnąć bez ograniczeń (no powiedzmy do 16- 16,5V). Jedynym ograniczeniem będzie czas ładowania - test zakończę gdy do akumulatora wpłynie  dodatkowo ładunek równy znamionowemu tj 9Ah. Czas ładowania procedurą PSL przy założeniu średniego prądu z prostownika na poziomie 0,1A - a tyle mniej więcej pobiera akumulator traktowany 10us impulsami - wyniesie więc około 90 h. Po tym czasie sprawdzę oporność wewnętrzną akku.



No ale przede wszystkim zabiorę się za nową konstrukcję desulfatora.
Obecny ze względu na MOSFETy od dużej rezystancji wewnętrznej - ponad 0,1om - nie pozwalają osiągnąć dużych przyrostów prądu w impulsie. I to też może być przyczyną mizernych wyników odsiarczania.
Trzeba więc wymienić MOSFETy na takie z minimalną opornością kanału DS i dołożyć kondensatory z niewielką impedancją wewnętrzną.

a więc do dzieła co by cdn.........



Brak komentarzy:

Publikowanie komentarza