Lodná batéria je kľúčovou súčasťou energetického systému lode a slúži ako dôležitý zdroj energie. Batériový systém nielenže dodáva elektrickú energiu rôznym svietidlám na lodi, ale funguje aj ako núdzový zdroj energie a štartér pre loď. Preto je správne používanie a údržba lodnej batérie mimoriadne dôležitá. Niektorí elektrikári však nemusia mať dostatočné znalosti o batérii a ich odbornosť sa môže obmedzovať len na bežné používanie. To môže viesť k skráteniu životnosti batérie.

1.Rýchlosť vybíjania a kapacita batérie

1.1 Dopad vzťah medzi dobou vybíjania a kapacitou batérie

Kapacita batérie sa líši v závislosti od rýchlosti vybíjania, teda od času, za ktorý sa batéria úplne vybije. Tabuľka 1 znázorňuje, ako sa mení kapacita batérie pri vybíjaní s rôznymi rýchlosťami. Pre posádku lode je kľúčové byť si vedomá týchto zmien kapacity, aby bolo možné zabezpečiť optimálne využitie lodnej batérie.

Tabuľka 1 Kapacita pri rôznych rýchlostiach výtoku

Keď sa batéria vybíja, na kladných aj záporných doskách sa vytvára síran olovnatý, a to na základe princípu vybíjania batérie.

Na zápornom póle dochádza k reakcii: Pb – 2e⁺ + H₂SO₄ → PbSO₄ + 2H⁺.

Na kladnej doske prebieha reakcia: PbO₂ + 2e⁺ + H₂SO₄ → PbSO₄ + 2H₂O.

Tento proces chemickej reakcie však nie je okamžitý; prebieha postupne zvonka dovnútra elektródovej dosky. Počas vybíjania s vysokým prúdom aktívne látky na povrchu dosky (PbO2 na kladnej doske a Pb na zápornom póle) preferenčne reagujú s elektrolytom (zriedenou H2SO4) za vzniku PbSO4, ktorý má väčšiu veľkosť kryštálov ako PbO2 a Pb. PbSO₄ má tendenciu upchávať porézny materiál v batérii.

Okrem toho vzhľadom na vnútorný odpor batérie vyplýva z rovnice napätia U = E – IR, že napätie na svorkách U klesá s rastúcim vybíjacím prúdom I. Čím je vybíjací prúd väčší, tým rýchlejšie napätie na svorkách klesá. Čím vyšší je vybíjací prúd, tým rýchlejšie klesá napätie na svorkách a tým skôr dosiahne konečné napätie. To umožňuje skrátiť dobu vybíjania a má za následok menšiu kapacitu. Kapacita batérie sa preto znižuje s rastúcimi vybíjacími prúdmi. Obrázok 2 znázorňuje vzťah medzi vybíjacím prúdom a kapacitou v grafe.

1.2 Teplota má významný vplyv na kapacitu batérie

Keď teplota elektrolytu stúpne, aktivita elektrolytu sa zvyšuje a ľahšie dochádza k tvorbe iónov, dochádza k väčšej výmene elektrónov a kapacita batérie je relatívne vysoká. Keď teplota elektrolytu klesá, na jednej strane sa zvyšuje viskozita elektrolytu, pohyb iónov naráža na väčší odpor, znižuje sa difúzna schopnosť, spomaľuje sa doplňovanie H₂SO₄ do vnútra pólovej dosky, znižuje sa miera využitia aktívneho materiálu v hĺbke pólovej dosky a klesá kapacita; na druhej strane, keď teplota klesá, viskozita elektrolytu sa zvyšuje, odpor elektrolytu sa zvyšuje, vnútorný tlakový pokles spotrebovaný pri vybíjaní sa zvyšuje, konečné napätie klesá, doba vybíjania sa skracuje a kapacita klesá. skracuje dobu vybíjania a znižuje kapacitu. Najmä vybíjanie pri nízkej teplote a vysokom prúde má väčší vplyv na kapacitu. Obrázok 2 znázorňuje krivku vzťahu medzi teplotou elektrolytu a kapacitou batérie.

Kapacita lodnej batérie sa zvyčajne testuje za podmienok 25P pri 10-hodinovom vybíjaní, pričom zmenu teploty počas vybíjania možno vypočítať pomocou nasledujúceho prevodného vzorca.

Keď teplota elektrolytu stúpne, zvyšuje sa jeho aktivita a ľahšie dochádza k tvorbe iónov. Dochádza k väčšej výmene elektrónov, čo má za následok relatívne veľkú kapacitu batérie. Keď teplota elektrolytu klesá, viskozita elektrolytu stúpa a pohyb iónov naráža na väčší odpor. To znižuje difúznu schopnosť a spomaľuje doplňovanie H2SO4 do vnútra pólovej dosky. V dôsledku toho klesá miera využitia aktívneho materiálu v hĺbke pólovej dosky a znižuje sa aj kapacita. Okrem toho, keď teplota klesá, viskozita elektrolytu stúpa, zvyšuje sa odpor elektrolytu, zvyšuje sa vnútorný tlakový pokles spotrebovaný pri vybíjaní, znižuje sa konečné napätie, skracuje sa doba vybíjania a znižuje sa aj kapacita. Nízka teplota a vybíjanie pri vysokom prúde majú na kapacitu ešte väčší vplyv. Obrázok 2 znázorňuje krivku vzťahu medzi teplotou elektrolytu a kapacitou batérie.

Kapacita lodnej batérie sa zvyčajne testuje pri teplote 25 °C počas 10 hodín vybíjania. Zmenu teploty počas vybíjania je možné vypočítať pomocou nasledujúceho prevodného vzorca. Hodnota K je 0,008. .

Je dôležité poznamenať, že hoci zvýšenie teploty elektrolytu môže zvýšiť kapacitu batérie, môže zároveň spôsobiť poškodenie pólových dosiek a dištančných vložiek, čo v konečnom dôsledku skráti životnosť batérie. Preto je v skutočnej prevádzke nikdy neprijateľné zvyšovať prevádzkovú teplotu s cieľom zvýšiť kapacitu batérie. Teplota elektrolytu lodnej batérie by zvyčajne nemala prekročiť 35 ℃, aby sa zabezpečil optimálny výkon a dlhá životnosť batérie.

1.3 Vplyv koncentrácie elektrolytu na kapacitu batérie. .

Elektrochemická reakcia v batérii je primárne podmienená aktívnym materiálom na kladnej a záporné doske a podielom ionizovateľnej H₂SO₄ v elektrolyte. Preto sa v rámci rozsahu skutočnej koncentrácie elektrolytu kapacita batérie zvyšuje s rastom koncentrácie, najmä pri vysokorýchlostnom vybíjaní.

Zvýšenie koncentrácie elektrolytu však môže viesť k zvýšeniu viskozity, čo je nepriaznivé pre difúziu kapacity, a môže tiež spôsobiť nárast vnútorného odporu a samovybíjanie batérie. Okrem toho, ak koncentrácia elektrolytu prekročí určitú hranicu, môže to tiež urýchliť koróziu pólovej dosky a dištančnej vložky, čo vedie k ďalšiemu poškodeniu.

1.4 Vplyv čistoty elektrolytu na kapacitu batérie

Čistota elektrolytu, ktorý sa skladá z určitého pomeru čistej kyseliny sírovej a destilovanej vody, má významný vplyv na kapacitu batérie. Dôvodom je skutočnosť, že práve elektrochemická reakcia v roztoku spôsobuje príjem a výstup elektrickej energie z batérie, a príliš veľké množstvo škodlivých nečistôt môže výrazne ovplyvniť prevádzkový výkon batérie.

1.5 Vplyv ukončovacieho napätia na kapacitu batérie

Konečné napätie batérie je napätie stanovené na konci vybíjania batérie a mení sa v závislosti od rýchlosti vybíjania. Vo všeobecnosti platí, že pri nízkych rýchlostiach vybíjania je konečné napätie vyššie, zatiaľ čo pri vysokých rýchlostiach vybíjania je nižšie. Je to preto, že keď sa batéria vybíja nízkym prúdom, elektrochemická reakcia vo vnútri batérie je rovnomernejšia a keď sa vybíjanie blíži ku koncu, väčšina aktívneho materiálu na kladných a záporných doskách sa premenila na síran olovnatý (PbSO4). Keďže objem síranu olovnatého je väčší ako objem pôvodného aktívneho materiálu, jeho rozťažnosť môže spôsobiť napätie, v dôsledku čoho sa dosky môžu ohnúť alebo aktívny materiál môže odpadnúť, čo môže v konečnom dôsledku ovplyvniť životnosť batérie. Preto by sa pri vybíjaní nízkym prúdom malo zvoliť vyššie ukončovacie napätie.

Na druhej strane je možné pri vybíjaní s vysokým prúdom zvoliť nižšiu hodnotu ukončovacieho napätia, keďže pri tomto type vybíjania vzniká menej síranu olovnatého a napätie spôsobené rozťahovaním je menšie. V dôsledku toho nedôjde k poškodeniu elektródovej dosky ani pri vybíjaní na pomerne nízke napätie. V tabuľke 2 je uvedené porovnanie rýchlosti vybíjania a ukončovacieho napätia.

Tabuľka 2 Rýchlosť vybíjania a ukončovacie napätie (V)

• Nesprávne podmienky používania lodných batérií

2.1  Nedodržanie lehoty na zaplatenie

Lode majú zvyčajne viacero skupín batérií, pričom dve skupiny slúžia ako vzájomná záloha. Kým sa jedna skupina vybíja, druhá sa nabíja, no niekedy sa stáva, že vybitá skupina batérií nie je včas nabitá. Skupina štartovacích batérií slúži zvyčajne pre dieselové motory a môže byť vyhradená alebo zdieľaná. Dieselové motory vyžadujú vysoký štartovací prúd a po každom naštartovaní sa strata elektrickej energie batérie dopĺňa pomocou dieselového generátora, ktorý slúži na dobíjanie. Tento generátor a regulátor sú však náchylné na poruchy a na mnohých lodiach sa tento generátor odpojí, aby sa predišlo problémom, čo má za následok, že batéria sa po naštartovaní dieselového motora nedobíja včas, čo vedie k nadmernému vybití. Keď je loď v oprave alebo je dlhodobo zakotvená bez plavby, batéria môže byť dlhší čas v nečinnosti a pravidelné kontroly batérií sa nemusia vykonávať, čo má za následok, že niektoré batérie sa vybijú v dôsledku samovybíjania a nie sú včas nabité.

2.2  Nedostatočné nabitie

Väčšina lodí a výletných lodí využíva metódu nabíjania s konštantným napätím, ktorá je jednoduchá a ľahko ovládateľná. Nabíjací prúd sa môže automaticky znižovať z vysokej na nízku hodnotu, avšak počiatočný nabíjací prúd je vysoký, čo môže viesť k zvýšeniu teploty elektrolytu. Navyše, nabíjací prúd v záverečnej fáze je nízky a výkon nemusí byť dostatočný. Mnoho ľudí má tendenciu nabíjať batériu len na polovicu a domnieva sa, že to stačí, čo však spôsobuje, že batéria je dlhodobo nedostatočne nabitá, čo vedie k zníženiu jej kapacity, keďže aktívny materiál na elektródach nie je úplne obnovený.

2.3  Nadmerné vybíjanie

Pri dieselových motoroch s elektrickým štartérom sa na dodávku štartovacej energie spolieha hlavne na štartovaciu batériu. Ak sa dieselový motor dlhodobo spúšťa alebo sa spúšťa príliš často pri nedostatočnom nabití batérie, môže to spôsobiť nadmerné vybitie batérie. Okrem toho, ak nie je riadenie vybíjania batérie správne udržiavané a batéria dosiahla hranicu úplného vybitia, ale je stále v prevádzke, môže to spôsobiť nadmerné vybitie batérie.

Tieto podmienky môžu spôsobiť sulfátáciu dosiek batérie, uvoľňovanie aktívnej látky, nadmerné samovybíjanie a ďalšie poruchy, čo vedie k zníženiu kapacity batérie a skráteniu jej životnosti.

3. Riešenie pre údržbu lodných batérií

Mnohí pracovníci údržby sa zaoberajú otázkou efektívnej metódy testovania a riadenia udržiavania kapacity lodných batérií. Komplexná údržba batérií predstavuje pre elektrotechnikov veľkú pracovnú záťaž. Pokročilé a efektívne zariadenia na testovanie batérií môžu znížiť náročnosť prác spojených s údržbou batérií. Spoločnosť KV Hipot ponúka profesionálne riešenia v oblasti batérií. .

KVBT-1500T Tester vnútorného odporu batérie

Tester vnútorného odporu batérií KVBT-1500T využíva pokročilú metódu testovania vybíjania striedavým prúdom, ktorá spája výhody metódy vstrekovania striedavého prúdu a metódy vybíjania jednosmerným prúdom. Princíp spočíva v tom, že procesor riadi nastaviteľné zaťaženie prostredníctvom D/A prevodníka, čo umožňuje vybíjanie batérie do zaťaženia a výsledkom je nízkofrekvenčný signál vytvorený prostredníctvom vnútorného bočníka, spojovacieho obvodu a filtračného spracovania. Tester batérií dokáže presne zmerať napätie a vnútorný odpor na oboch koncoch batérie a na základe týchto hodnôt určiť kapacitu a technický stav batérie. Zákazníci si môžu podľa vlastných potrieb zvoliť test vnútorného odporu, test napätia alebo odhad kapacity batérie. Môže slúžiť ako základ pre zosúladenie vnútorného odporu nových batérií a umožňuje testovať vnútorný odpor batérií pred a po vybití s cieľom identifikovať skutočne poškodené batérie. Disponuje dvoma prevádzkovými režimami: ovládanie pomocou tlačidiel a dotykový LCD displej a umožňuje meranie batérií v skupinách, ako aj meranie jednotlivých článkov.

KVC-3800  Nabitie batérier Vypúšťač

Nabíjačka a vybíjačka batérií spája funkcie konštantného vybíjania batérií, inteligentného nabíjania a aktivácie do jedného zariadenia s viacerými možnosťami využitia. Znižuje prevádzkové náklady, znižuje pracovnú náročnosť údržbárskeho personálu a poskytuje vedecky podložené prostriedky na testovanie údržby batérií a napájacích zdrojov UPS, určené na pravidelné testovanie batériových blokov a predĺženie životnosti starších batérií. V závislosti od potreby hlbokého vybitia a následného nabitia si batériový modul môže neustále udržiavať optimálny stav, čím sa predlžuje životnosť batérií. Tento tester je skvelým pomocníkom pri údržbe batérií.