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P E R B A T T E R I E

VRLA

EUROBAT, l’Associazione dei Produttori Europei di batterie,ha 36 iscritti e rappresenta più dell’85% dell’industria dellabatteria in Europa. Agisce come portavoce e fonte di riferi-mento per promuovere gli interessi dei produttori di batte-rie avviamento ed industriali nei confronti dei consumatori,delle istituzioni europee e dei governi nazionali.

© La riproduzione dei dati contenuti in questo rapporto è vietatasalvo autorizzazione di EUROBAT.(Eurobat 2003)

Prefazione

Questa guida EUROBAT ha lo scopo di aumentare la conoscenza, lacomprensione e l’utilizzo di batterie trazione Pb-Acido con regolazionea valvola (VRLA).

EUROBAT ne ha richiesto la pubblicazione come documento diriferimento per l’utilizzo nelle istituzioni di formazione.

Tale guida può servire comunque all’utilizzatore di batterie trazioneper l’acquisizione delle specifiche. All’interno il lettore troveràriferimenti alla tecnologia, ai test, agli standard, ed agli aspettioperativi.

Altri link si trovano sul web www.eurobat.org

Dr. Albrecht LeuschnerPresident EUROBAT

Prefazione

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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 venti-

lazione 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.

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 gasifica-

zione 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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G U I D A E U R O B A T P E R B A T T E R I E T R A Z I O N E V R L A

IntroduzioneIntroduzione

TecnologiaTecnologia

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 effettiva-

mente 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 riguar-

do 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.

G U I D A E U R O B A T P E R B A T T E R I E T R A Z I O N E V R L A

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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

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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G U I D A E U R O B A T P E R B A T T E R I E T R A Z I O N E V R L A

Test e StandardTest e Standard

OperativitàOperatività

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

della carica si riduce alle basse tempera-

ture. La temperatura della batteria

dipende dall’impiego della batteria

stessa, dalle sue dimensioni così come

dalla temperatura ambiente. Per applica-

zioni dove la temperatura ambiente sia

al di fuori dell’intervallo accettabile, si

dovrebbe consultare il produttore della

batteria.

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

scarica deve essere limitata al 70%.

L’installazione di un bloccaggio

idraulico o di un indicatore di scarica

può risultare necessaria per ottimizzare

la vita della batteria. Si può anche far

riferimento alla documentazione ZVEI

“Considerazioni sulla vita delle batterie

trazione”.

G U I D A E U R O B A T P E R B A T T E R I E T R A Z I O N E V R L A

Capacity available at different temperatures for VRLA batteries

0%

20%

40%

60%

80%

100%

120%

-20°C -10°C 0°C 10°C 20°C 30° 40°C 45°C

Temperature

% o

f C

5 ca

pac

ity

Ideal operating temperature

Acceptable operating temperature

Refer to manufacturer before using in these temperatures

Effect of depth of dischargeon battery cycle life

30%

40%

60%

80%

100% 120% 140% 160% 180% 200%

service life

% d

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of

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70%

50%

5

Vita batteria

Temperatura

% p

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apac

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C5

Effetto della profondità di scaricasui cicli della batteria

Capacità a diverse temperature per batterie VRLA

Termperatura ideale

Temperatura accettabile

Fare riferimento al manuale prima di lavorare a questa T

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