Eksploatacja baterii kwasowo-ołowiowych w skrajnych warunkach termicznych

Zakres temperatur od 0 do 45°C, a nawet 50°C, jest dopuszczalny przez producentów baterii, pomimo że wewnątrz ogniw zachodzą zjawiska niekorzystne dla żywotności czy niezawodności pracy ogniw. Czasami zdarza się jednak, że urządzenia okresowo pracują w temperaturach jeszcze bardziej skrajnych, np. wskutek złej eksploatacji, awarii systemu zasilania lub ogrzewania, zastosowania przyspieszonego ładowania oraz w instalacjach „dostępowych – outdorowych”. Wówczas system zasilania narażony jest na nagłą awarię z powodu zjawisk zachodzących wewnątrz ogniw, które zostaną omówione w dalszej części.

Najbardziej narażone na awarię są ogniwa kwasowe VRLA z wewnętrzną rekombinacją gazu z elektrolitem uwięzionym. Mimo to są one często stosowane, głównie dlatego, że mogą być instalowane w bezpośrednim sąsiedztwie urządzeń (zgodnie z normą PN-EN 50272-2:2001).

procesy cieplne w akumulatorze kwasowo-ołowiowym

Procesy cieplne są nieodłącznym elementem pracy baterii, jej ładowania i rozładowania i związane są z następującymi zjawiskami:

• odwracalnego efektu cieplnego – jest to zjawisko wydzielania się ciepła w zależności od ilości przetworzonego materiału aktywnego i jest to związane z napięciem kalorycznym akumulatora,
• ciepła wydzielanego – zgodnie z prawem Joule’a wzrost temperatury jest proporcjonalny do wartości prądu, oporności i czasu,

(1)

gdzie:
Q – ilość wydzielonego ciepła,
I – natężenie prądu elektrycznego,
R – opór elektryczny przewodnika,
t – czas przepływu prądu,

• ciepła wydzielanego podczas reakcji wtórnych akumulatora, np. rozkład wody lub cykl tlenowy w bateriach VRLA itp.
• największy wpływ na temperaturę wewnątrz akumulatora ma „efekt Joule’a” oraz ciepło związane z występowaniem reakcji wtórnych. Wpływ odwracalnego efektu cieplnego nie jest już taki istotny.

Wzrost temperatury w ogniwie jest wprost proporcjonalny do wydzielanego ciepła, a odwrotnie proporcjonalny do jego pojemności cieplnej. Ciepło ogniwa jest to suma ciepła pochodzącego z reakcji wewnętrznych (Qwew) i ciepła otoczenia. Jeżeli temperatura otoczenia jest większa od temperatury ogniwa, ciepło otoczenia sumuje się z ciepłem z reakcji wewnętrznych, natomiast w przeciwnym przypadku, jeżeli temperatura otoczenia jest niższa niż ogniwa, to ciepło wewnętrzne jest rozpraszane i temperatura spada.

Przyrost temperatury ΔT w akumulatorze opisuje wzór (2):

(2)

gdzie:
Q_wew. – ciepło generowane wewnątrz ogniwa,
C_bat. – pojemność cieplna ogniwa,
Q_otocz. – ciepło doprowadzone z otoczenia (Q_otocz dodatnie, gdy T_otocz.>T_ogn; ujemne, gdy T_otocz.<T_ogn),
T_otocz. – temperatura otoczenia,
T_ogn. – temperatura ogniwa.