Uszkodzenia akumulatorów bezobsługowych, warunki ładowania.

Akumulatory żelowe uważane są za bardzo trwałe i faktycznie na tle innych rozwiązań wyróżniają się długowiecznością. Długiej trwałości oczekiwać można jednak po spełnieniu pewnych warunków: wysoka jakość akumulatora, dobre warunki pracy - prawidłowa eksploatacja.

Warunki eksploatacji akumulatorów bezobsługowych

W warunkach pracy zgodnych z zaleceniami producenta, wysokiej jakości akumulator, bez problemu wytrzymuje deklarowaną ilość lat. Na końcu eksploatacji pojemność takiej baterii spada do około 80% pojemności nominalnej ale ogniwa są nadal sprawne. Skróceniu ulega jedynie czas podtrzymania. Przy zasilaniu buforowym jako sygnał do wymiany uznaje się obniżenie pojemności baterii to poziomu 80% pojemności deklarowanej. Tańsze akumulatory, szczególne po połączeniu w długie szeregi, są w stanie pracować w dobrych warunkach przez około 60% czasu deklarowanego przez producenta.

W przypadku gdy zalecenia eksploatacji przez dłuższy czas nie są spełnione, akumulator pracuje w warunkach ekstremalnych, żywotność ulega znacznemu skróceniu. Dotyczy to zarówno tanich rozwiązań jak i baterii z „górnej półki”. Jednak i w takich warunkach czas pracy akumulatorów o lepszej jakości jest wyraźnie dłuższy.

Najczęstsze przyczyny awarii akumulatorów

Zbyt wysoka temperatura

Zamknięte, szczelne akumulatory bezobsługowe są znacznie bardziej czułe na zbyt wysoką temperaturę pracy od ogniw mokrych, szczególnie w takcie ładownia. W związku z tym, że nie ma możliwości uzupełnienia wody traconej w trakcie gazowania, akumulator wysycha a jego pojemność drastycznie się obniża.

Efekt wysychania postępuje tym szybciej im wyższe jest napięcie ładowania. Dlatego wraz ze wzrostem temperatury konieczne jest obniżanie napięcia ładowania. W szczególności chodzi o dostosowanie do temperatury napięcia buforowego - oddziałującego na akumulator przez długi czas (niekiedy bez przerwy).

Przy odpowiednio wysokim napięciu ładowania, połączonym z podwyższoną temperaturą otoczenia, dochodzi do odkształcenia obudowy. Odkształcenia mogą być znaczne, do tego stopnia, że obudowa w kształcie sześcianu zaczyna przypominać kulę.

Skutkiem pracy w podwyższonej temperaturze i napięciu mogą być też pęknięcia na obudowie, odsłaniające wnętrze baterii. Pękniecie oznacza utratę hermetyczności i dyskwalifikuje baterię z dalszej eksploatacji.

Stopniowe obniżenie pojemności akumulatora, spowodowane oddziaływaniem za wysokiego napięcia w zbyt wysokiej temperaturze, skutkuje po jakimś czasie przekroczeniem maksymalnego prądu ładowania. Prąd ładowania dla akumulatora 100 Ah to zwykle około 30 A, czyli 1/3 pojemności C20. Po obniżeniu pojemności do 60 Ah, taki sam prąd 30 A to już 1/2 pojemności C20. W wyniku tego zjawisko przybiera na sile.

Efektowi wysychania można przeciwdziałać stosując dodatkowe chłodzenie, na przykład klimatyzację pomieszczeń, oraz zapewniając naturalną wentylację. Bardzo dobrym pomysłem jest montaż akumulatorów w pomieszczeniu bez wytwarzającej ciepło elektroniki, a jeszcze lepiej w piwnicy. Długie połączenia wymagają oczywiście zastosowania odpowiednio grubych kabli połączeniowych. Akumulator zamknięty w szczelnej obudowie ma ograniczone możliwości oddawania ciepła. Zaleca się aby pomiędzy akumulatorami o otoczeniem zachować odstępy rzędu 1-2 cm.

Niestety nie zawsze jest to możliwe. Na przykład w modułach bateryjnych montowanych w małych urządzeniach UPS, zamkniętych w obudowie lub jeszcze dodatkowo w szafie RACK, akumulatory są ze sobą klejone - przylegają bezpośrednio jeden do drugiego. Dzięki takiemu zabiegowi zasilacz ma mniejsze gabaryty i oszczędza się miejsce w szafie.

Niedoładowanie

Tak jak szkodliwe jest przeładowanie - działanie zbyt wysokim napięciem, niekorzystne dla akumulatorów kwasowych jest utrzymywanie w stanie rozładowanym. Akumulator pozostawiony w stanie rozładowania przez tygodnie czy miesiące będzie miał widocznie obniżoną sprawność lub okazać się może, że nie nadaje się już do użytku.

Samo-rozładowanie akumulatora to naturalny proces, przebiegającym szybciej wraz ze wzrostem temperatury. Dlatego korzystniejsze jest przechowywanie akumulatorów w obniżonej temperaturze 10-15 stopni. Zdecydowanie należy jednak unikać temperatur poniżej zera.

Zbyt niska temperatura magazynowania

W pełni naładowany, sprawny akumulator wytrzyma nawet w temperaturze około -35 stopni C jednak ten sam akumulator po rozładowaniu do 50% w takiej samej temperaturze zamarznie i ulegnie nieodwracalnemu uszkodzeniu. W przypadku zamarznięcia elektrolitu możliwe jest niekiedy częściowe uratowanie pojemności poprzez ogrzanie w pokojowych warunkach i wolne naładowanie (dopiero po odmarznięciu).

Uszkodzenia mechaniczne

Uszkodzenia mechaniczne mogą być widoczne gołym okiem - znaczne pęknięcie obudowy, naruszenie szczelności obudowy w kontakcie z gorącymi przedmiotami, nieszczelność w okolicy terminali połączeniowych spowodowana dokręceniem konektorów ze zbyt dużą siłą itp.

Uszkodzony mechanicznie może być jednak akumulator, który przy oględzinach z zewnątrz nie budzi zastrzeżeń. Powodem uszkodzeń wewnętrznych są najczęściej upadki z wysokości, na tyle małe że nie widać śladu na obudowie ale jednocześnie wystarczająco sile aby uszkodzić powierzchnię płyt lub połączenia między celami. Takie uszkodzenia najczęściej powstają w niskich temperaturach, gdy plastyczność materiału jest obniżona.

Uszkodzenia wewnętrzne - zwarciowe

Nie zawsze są widoczne na zewnątrz uszkodzenia spowodowane przepływem prądu zbyt dużego jak na możliwości danej konstrukcji. W wyniku zwarcia ze sprawnego i dobrze naładowanego  akumulatora może zostać pobrany prąd wystarczający do spalenia lub stopienia połączeń między cenami. Zakładając prawidłowe połączenie terminali uszkodzenie spowodowane przepływem nadmiernego prądu nie będzie widoczne na obudowie.

Zbyt intensywne ładowanie doprowadzić może również do stopienia połączeń wewnętrznych ale w takiej sytuacji odkształceniu ulegnie również obudowa.

Akumulatory używane w ciężkich warunkach wymagają częstej kontroli lub rutynowej wymiany zdecydowanie szybciej niż deklarowana przez producenta żywotność.

W związku z tym, że dobrej jakości akumulatory, szczególnie te o pojemnościach rzędu setek Ah, są  obciążeniem dla budżetu, warto zadbać o zapewnienie możliwie korzystnych warunków eksploatacji. Czasami jednak okazuje się to niemożliwe albo nawet nieopłacalne bo klimatyzowanie pomieszczeń również kosztuje.