A mélykisütés savas ólomakkumulátorokra gyakorolt hatása

2018.04.23.

 

A legtöbben tisztában vannak vele, hogy a mélykisütés jelentősen csökkenti az akkumulátorok élettartamát. Sokszor felmerül azonban a kérdés, hogy milyen mértékű ez az élettartam csökkenés?

Az alábbiakban Blank et al. 2012-es publikációjából ragadtunk ki néhány részletet, melyek valós mérési eredmények alapján mutatják meg a mélykisülés hatását a folyadékelektrolitú és a gélben felitatott elektrolitú savas ólomakkumulátorok élettartamára vonatkozóan.

Mit nevezünk mélykisütésnek?

Mélykisütésnek nevezzük azt a folyamatot, amikor az akkumulátorból a névlegesnél nagyobb kapacitást (több energiát) veszünk ki. Például ha egy 12V 7,2Ah-ás akkumulátort 360mA állandó kisütőárammal 20 órán keresztül sütünk ki, akkor az akkumulátorból 7,2Ah kapacitást veszünk ki. Ekkor beszélünk 100%-os kisütési mélységről. Ha ugyanezt az akkumulátort 21 órán át sütnénk ki 360mA árammal, akkor a kisütési mélység 105%-ra emelkedne, a kisütési végfeszültség pedig csökkenne.

Mérési eredmények

Blank et al. 2012-es publikációjukban 4db kentlemezes folyadékelektrolitú, illetve 4db kötött elektrolitú, GÉL gyártástechnológiájú savas ólomakkumulátort vizsgáltak. Az akkumulátorokat többszöri kisütésnek vetették alá, akkumulátoronként eltérő kisütési mélységig.

Folyadékelektrolitú akkumulátorok

A méréseket 4db azonos, 12V 54AhC10-ás helyhez kötött folyadékelektrolitú akkumulátoron végezték. A kezdeti kapacitásvizsgálat I10=5,4A állandó kisütőárammal 100Ah feletti kapacitásértékeket eredményezett, ezért az akkumulátor tényleges kapacitásának a felmérése érdekében, további kapacitásvizsgálatokat végeztek magasabb kisütőáramokkal. Három kisütés során mért értékek alapján C10=82Ah-ban határozták meg az akkumulátorok névleges kapacitását, ezért a 10 órás kisütőáramot I10=8,2A-re módosították. Az akkumulátorokat egyenként 100%, 110%, 120% és 130%-os kisütési mélységig sütötték ki ciklikusan. Minden kisütést követően teljesen feltöltötték őket egy IU karakterisztikájú töltővel, 2xI10 áramkorláttal majd áramkorlátból kilépve 5 órán át tartó 2,45V cellánkénti feszültségkorláttal. Minden ötödik ciklusban az állandó feszültségű szakasz időtartamát 12 órára növelték. A kisütési-töltési ciklusokat addig ismételték, ameddig a leadott kapacitás a névleges kapacitás 50%-ára csökkent.

A mérési eredmények nem mutatnak jelenős eltérést a különböző kisütési mélységek esetén. A leadott kapacitás 60-70 ciklus elteltével csökkent a névleges kapacitás 50%-ára, amint a fenti ábrán látható. Általánosságban elmondható, hogy alacsonyabb kisütési mélység esetén a töltés hatásfoka magasabb volt, azonban fontos kiemelni, hogy a 100% és 120%-ig kisütött akkumulátorok töltésének hatásfoka közel azonos volt.

Kötött elektrolitú, GÉL technológiájú akkumulátorok

A következő mérés alanyai 2V-os 10Ah névleges kapacitású GÉL cellák voltak. Az I10=1A kisütőárammal végzett kapacitásvizsgálat 8,1Ah és 8,5Ah közötti kapacitásértékeket eredményezett. A kezdeti kapacitásvizsgálatot 10 kisütési-töltési ciklus követte 80%, 90%, 100% és 110%-os kisütési mélységekig a mért kapacitáshoz igazított I10 kisütőárammal. A kisütések a kívánt kisütési mélység elérésénél, vagy 0V-os cellafeszültségnél értek véget, attól függően, hogy melyik következett be hamarabb. Tíz ciklust követően valamennyi akkumulátoron szabványos kapacitásvizsgálatot végeztek. Az egyes kisütések eredményei a baloldali ábrán láthatók.

Az első cella (piros görbe) a tíz ciklus során minden esetben kisüthető volt 80%-os kisütési mélységig. A tíz ciklust követő kapacitásvizsgálat 86%-os maradék kapacitást eredményezett ennél a cellánál. A második cellából (kék görbe) csak az első két kisütésnél lehetett kivenni az energia 90%-át. Tíz ciklus után mindössze a kapacitás 63%-a állt rendelkezésre. A harmadik cellából (fekete görbe) az első két kisütés alkalmával lehetett kivenni a nulladik ciklusban mért kapacitás 100%-át, majd a végső kapacitásvizsgálat mindössze 56%-os rendelkezésre álló kapacitást mutatott. Az utolsó cella (zöld görbe) az első kisütésnél tudta leadni a kezdeti kapacitás 110%-át. Ennél a cellánál 55%-os kapacitás állt rendelkezésre a mérés végén.

Következtetés és tanácsok

A két mérés nagyon eltérő eredményeket mutat. A folyadékelektrolitú akkumulátorok mérési eredményei alapján joggal gondolhatjuk, hogy nem érdemes túlméretezni az akkumulátortelepet a mélykisütésből fakadó élettartamcsökkenés elkerülése érdekében.

Ezzel szemben a GÉL technológiájú akkumulátoroknál azt látjuk, hogy a kisütési mélység növekedésével jelentősen csökken az akkumulátor kapacitása és ezáltal az élettartama. A megfelelő következtetések levonásához még számos mérésre szükség lenne egyaránt folyadékelektrolitú és kötött elektrolitú AGM, illetve GÉL akkumulátorokon. A gyártástechnológián kívül több eltérés is lehet két akkumulátor között (adalékolás, lemezkialakítás, stb.), ezért még két, látszólag azonos akkumulátor is rendkívül eltérő mértékben tolerálhatja a különböző mértékű mélykisütést. A hosszú élettartam biztosításának érdekében célszerű a lehető legalacsonyabb kisütési mélységre törekedni, illetve a rendelkezésre álló erőforrások és hely függvényében érdemes túlméretezni a rendszert. Nagyobb értékű, vagy nagy üzembiztonságot igénylő alkalmazások esetén indokolt lehet az akkumulátorok előzetes tesztelése is.