61000:
sv: sv: sv: sv: Taber strøm (25-03-2008 17:25:47) (svar på
60977)
Kim Horsevad #6594, reg. njyl (medlem) (
ip-adr: 195.249.208.150)
Hej!
Dette er svar til både Paul Sehstedt og Jakob Edelvold Scheibye:
(Jeg undskylder samtidigt hvis nedenstående er blevet lidt for omfattende... - men batteri-opladning er altså et rimeligt spændende emne...)
Solcellelader:
===============
Solcelleladeren er formentlig ikke forsynet med en regulator af nogen art. Derfor er output fra denne lader i højere grad bestemt af solindstrålingen end af noget som helst andet.
I forbindelse med batteriladning skal den energi man forsyner batteriet med helst afpasses nøjagtig til batteriets krav og specifikationer. Derfor vil en ureguleret solcellelader meget ofte levere et output som ikke er i optimalområdet for givne batteri, hvorved batteriets effektive liv formindskes.
Generelt om blybatterier:
=======================
Blybatteriet er konstrueret på basis af bly-plader som findes nedsænket i en syre-opløsning baseret på svovlsyre.
Når batteriet aflades - altså leverer strøm - dannes der således to forskellige kemiske reaktioner. Een ved anoden, hvor der dannes et "overtal" af elektroner og een ved katoden, hvor der "mangles" elektroner. Når en elektrisk forbindelse skabes mellem disse to vil der gå en strøm af elektroner fra anoden og til katoden - altså den elektriske strøm som vi skal bruge til eksempelvis at starte bilen....
Reaktionen i anoden kan skrives som følger :
Pb + HSO4- --> PbSO4 + H+ + 2 e-
Hvilket betyder at blyet i anoden reagerer med den ioniserede svovlsyre, hvorved der dannes blysulfat, brint-ioner og overskydende elektroner.
I katoden sker derimod følgende:
PbO2 + HSO4- + 3H+ +2 e- --> PbSO4 + 2H2O
Her er det blydioxiden der reagerer med den ioniserede svovlsyre og de tilgængelige brint-ioner og elektroner fra den elektriske forbindelse til anoden. Herved produceres blysulfat og vand.
Når batteriet oplades reverseres denne strøm af elektroner, hvorved blysulfaten ændres tilbage til bly og blydioxid og gendanner svovlsyreindholdet i batterivædsken.
Svovlsyre har en ret høj massetæthed, hvorfor vi ved at måle den specifikke vægtfylde af batterivædsken meget nøjagtigt kan beskrive et batteris ladetilstand.
Opladning af blybatterier:
==========================
Udfra nedenstående lille tabel kan man danne sig et overblik over et batteris ladetilstand udfra forskellige parametre.
Ladetilstand / Spænding pr batteri / Spænding pr celle
100% 12.7 2.12
90% 12.5 2.08
80% 12.42 2.07
70% 12.32 2.05
60% 12.20 2.03
50% 12.06 2.01
40% 11.9 1.98
30% 11.75 1.96
20% 11.58 1.93
10% 11.31 1.89
0% 10.5 1.75
Det vigtige i enhver opladningsproces er at den strøm eller spænding batteriet forsynes med skal være i overensstemmelse med hvad batteriet kan klare at modtage.
Ved overladning dannes der eksplosive brint-gasser, og udover at disse gasser rummer en meget bastant eksplosionsfare er de også et udtryk for skadelig overladning. Der vil dog i eet eller andet forhold altid dannes brintafgasning i forbindelse med opladning; men mængden bør så vidt muligt mindskes.
Der findes forskellige procedurer for opladning af blybatterier - og de standard lade-apparater der er på markedet er desværre uhyggelig simple i forhold til hvor komplekst emnet egentligt er. En standard bil-lader lader egentligt med pulser af alt for høj spænding i forhold til batteriets optimalområde. Standard bil-laderen opretholder en konstant spænding, og i takt med at batteriet bliver opladet absorberes mindre og mindre energi - altså falder strømstyrken.
Problemerne opstår når ladningen ikke er i overensstemmelse med optimalområdet for pågældende batteri. Og uanset om det er batterier der er forbundet i parallel, solcelleladere eller dårlige vedligeholdelsesladere vil der være problemer forbundet med at lade en konstant strøm eller spænding tilgå batteriet.
Der ER en specifik værdi for batteriets egenafladning - og kunne man forestille sig et apparat som ved at måle mange forskellige af batteriets parametre kunne afgive lige netop denne korrekte kombination af strøm/spænding ville en sådan vedligeholdelsesladning egentlig godt kunne fungere. Problemet er blot at disse værdier er forskellige fra batteri til batteri.
Den "rigtige" form for vedligeholdesladning består af en elektronisk controller som registrere batteriet spænding (og temperatur - for high-end modeller) - og ud fra disse parametre sammensætter en ladningsprofil som passer præcist til batteriet. Ladningsprofilen indeholder både stilstandsperioder, ladningsperioder og korte afladningsperioder (med op til 5 til 10 gange ladningsstrømmen - for at modvirke gasdannelse).
Når batterierne kobles i parallel vil der næsten altid være eet af batterierne som har en højere hvilespænding end det andet - derfor vil dette batteri hele tiden forsøge at overføre ladning til det andet batteri (som dermed vil opleve overladning), mens det første batteri oplever konstant afladning. Denne situation er ikke optimal; men kan bringes indenfor tolerable vilkår hvis batterierne så vidt muligt er fuldstændig ens.
Hvis batterierne er frakoblet hinanden ved stilstand - eksempelvis ved splitladesystemer - opstår disse negative effekter ikke.
Der findes i øvrigt fabrikater af blybatterier som er specielt egnede til parallelle koblinger - bla til maritimt brug og i forbindelse med IT-nødstrømsanlæg. I hvert fald "Surette" laver sådanne batterier; men de er vist lidt sjældne i forbindelse med biler.
Solcelleanlæg:
===============
Paul Sehstedt spørger om en mere generel vejledning i forbindelse med sammenkobling af solcelleladere og bilbatterier. Jeg tror ikke at en sådan vejledning kan udarbejdes med nogen form for generel gyldighed - og derudover er selve ideen om solcelle-ladere rimelig problematisk i forhold til vores geografiske position.
Den maksimale solindstråling i jordens afstand fra Solen ligger på omkring 1.350 watt/m2 - hernede ved jordoverfladen er indstrålingen mere begrænset - omkring 1000 watt/m2. Disse værdier lyder umiddelbart af meget - og er det i princippet også; de er blot kun gældende for optimale forhold! Dertil kommer at solceller i nuværende konstruktion højest kan akkumulere omkring 800 watt/m2 - og det endda med en relativt lav virkningsgrad. Selve for monokrystallinske solceller kommer virkningsgraden sjældent over 17-18% for kommercielt tilgængelige produkter. Dvs at man under optimale forhold kan danne 136 watt pr m2, hvilket igen svarer til ca 11 ampere ved 12 volt. Ved vintertide på vores breddegrader er effekten meget lavere - svarende måske til 10-15% procent af ovenstående.
Derfor er solcelleanlæg til bilmontering ikke rigtigt aktuelle med mindre man kun rejser om sommeren eller hovedsageligt bevæger sig på lavere breddegrader.
Med venlig Hilsen,
Kim Horsevad