Artykuły

EUROBAT - Stowarzyszenie Europejskich Producentów Baterii Przemysłowych i Motoryzacyjnych

http://www.eurobat.org/newspublications                                  http://eurobat.org/sites/default/files/eurobat_guide_on_vrla_hires.pdf

Podstawowe wymagania dla producentów baterii stanowią wytyczne, zapisane w EUROBAT - Stowarzyszeniu Europejskich Producentów Baterii Przemysłowych i Motoryzacyjnych. EUROBAT działa jako jednolity głos w promowanie interesów europejskiego przemysłu motoryzacyjnego, przemysłowych i specjalnych baterii do instytucji UE, rządów krajowych, klientów i mediów. Zrzesza 53 członków z całego kontynentu, stanowiących więcej niż 90% branży bateryjnej w Europie. EUROBAT współpracuje z zainteresowanymi stronami w celu opracowania nowych rozwiązań baterii, w tematach wspólnych problemów w takich obszarach jak e-mobilność i magazynowania energii ze źródeł odnawialnych.
EUROBAT stanowi podstawowe kryteria dla standardów jakie powinny spełniać baterie dostarczane na rynek przez europejskich producentów.  Dotyczy to między innymi takich aspektów jak projektowany okres żywotności baterii, czy wymagania dotyczące zachowań techniczno eksploatacyjnych baterii. Z oczywistych powodów producenci spoza rynku europejskiego musieli zapewnić spełnianie wymagań EUROBAT dla baterii dostarczanych na rynek europejski. Normy europejskie, dotyczące wymagań dla baterii, czy urządzeń współpracujących z baterią akumulatorów budowane są w oparciu o kryteria zapisane w EUROBAT. Pierwszym i najczęściej spotykanym wskazaniem producentów na wymagania EUROBAT są kryteria dotyczące deklarowanego okresu żywotności baterii.

PROJEKTOWANA ŻYWOTNOŚĆ WG EUROBAT
Projektowana żywotność jest szacowana w określonych warunkach laboratoryjnych i jest podawana dla 20^oC przy zastosowaniu  zalecanych warunków napięciowych podanych przez producenta. Aby ułatwić ustalenie lub wymagania użytkownika, projektowana żywotność baterii została podzielona na cztery główne grupy, w następujący sposób:
3-5 lat - Standard Commercial
6-9 lat - General Purpose
10/12 lat - Long Life
ponad 12 - Very Long Life
Istnieje wiele metod określania projektowanej żywotności dla baterii VRLA. Producent określa metodę, dzięki której została określona projektowana żywotność i przedstawia dowody na żądanie użytkownika. Koniec żywotności baterii jest zdefiniowany jako punkt, w którym jej rzeczywista pojemność osiągnęła 80% pojemności nominalnej. Bateria akumulatorów powinna zapewnić wykonania pełnych cykli pracy dla określonego rozładowania w trakcie całego życia, a współczynnik 125% uwzględniający starzenie się baterii powinien być stosowany w kalkulacji początkowej wielkości baterii.

CZYNNIKI WPŁYWAJĄCE NA ŻYWOTNOŚĆ
Żywotność jest ściśle związana z warunkami pracy baterii. Eksploatacja baterii VRLA w temperaturze wyższej niż 20^o C zmniejsza jej żywotność. Pokazana tabela zawiera pewne wskazania amortyzacji w eksploatacji w związku z temperaturą.

Wymagania określone w EUROBAT znajdziemy w normie PN-EN 50171. O bezpieczeństwie systemu oświetlenia awaryjnego w dużym stopniu decydują baterie akumulatorów o pojemności zapewniającej odpowiednią rezerwę bateryjną. Norma przykłada szczególną wagę do czasu pracy systemu określając jednoznacznie wymagania, mające na celu zapewnienie wymaganego czasu pracy pod koniec okresu żywotności baterii.
Zgodnie z normą PN-EN 50171:
6.12.4 Bateria i projekt systemu powinny zapewnić deklarowaną wydajność zarówno na początku, w trakcie jak i pod koniec czasu życia baterii.
Norma określa również żywotność baterii:
6.12.2 Baterie do centralnego systemu zasilania (CPS) powinny mieć spodziewany czas życia nie krótszy niż 10 lat w temperaturze pokojowej (20^oC).
Zamieszczona w normie uwaga odnosząca się do wydajności baterii: Aby zapewnić maksymalną wydajność pod koniec czasu życia baterii jej pojemność powinna być określona zgodnie z danymi producenta baterii, stawia jasne wymagania dla projektanta i dostawcy systemu. Tak więc zaprojektowanie baterii zapewniającej wymaganą autonomię tylko na początku swojej pracy jest elementarnym błędem, stanowiącym zagrożenie dla bezpieczeństwa ludzi.
Znajomość wymaganych warunków otoczenia ma istotne znaczenie dla żywotności baterii, a tym samym w istotny sposób wpływa na czas eksploatacji całego systemu. Dlatego też przedstawiamy poniżej szersze omówienie podstawowych czynników, wpływających na żywotność baterii.

1. Wpływ temperatury na żywotność baterii
W rozpatrywaniu wpływu temperatury otoczenia na proces starzenia baterii istotne są dwie przesłanki:
a) szybkość reakcji korozyjnych w funkcji temperatury, określona równaniem Arrheniusa:   k=A x e^-E/RT
b) szybkość starzenia się baterii, a więc szybkość reakcji korozyjnych, która wzrasta dwukrotnie przy wzroście temperatury o 10^oK. Jest to fakt wynikający z empirycznych obserwacji.
Żywotność jest odwrotnie proporcjonalna do szybkości reakcji, co jest intuicyjnie zrozumiałe - im szybciej zachodzi reakcja korozji, tym krócej żyć będzie bateria.

2. Wpływ głębokości i ilości wyładowań baterii na jej żywotność
Zależność ilości dostępnych cykli (żywotność cykliczna baterii) i głębokości wyładowań baterii jest dana w formie krzywych eksperymentalnych dla różnych typów baterii. Można te krzywe sprowadzić do jednej postaci określonej jako kanoniczną. Umożliwia to fakt podobieństwa krzywych.
W przypadku baterii centralnej praca w trybie awaryjnym oznacza zazwyczaj głębokie rozładowanie baterii akumulatorów.Jak widać na poniższym wykresie przy głębokim rozładowaniu jest możliwe ok. 300 takich cykli, co w oświetleniu awaryjnym jest całkowicie wystarczające dla całego okresu żywotności baterii. Wartość graniczna napięcia dla głębokiego rozładowania (tzw napięcie odcięcia) zależy od technologii wykonania baterii VRLA. Do niższego napięcia można rozładować baterie wykonane w technologii żelowej, natomiast większymi prądami można rozładowywać baterie wykonane w technologii AGM. Stąd do baterii centralnej uzasadnione jest stosowanie baterii akumulatorów wykonanych w technologii AGM. Producenci baterii standardowo podają wartość napięcia odcięcia na ogniwo i wynosi ono w zależności od czasu rozładowania baterii od 1,65V do 1,8V.   Stała kontrola napięcia rozładowywanej baterii oraz odłączenie odbiorów od baterii po osiągnięciu granicznego napięcia rozładowania muszą być realizowane przez komputer (sterownik) i urządzenia ładujące w centrali.

3. Wpływ odchyłki napięcia pracy buforowej na żywotność baterii
Długotrwałe poddanie baterii podwyższonemu, lub obniżonemu napięciu (np. podczas pracy buforowej) prowadzi do przyspieszonego starzenia i w efekcie, do utraty żywotności. Według eksperymentalnych danych zmiana napięcia (ΔU) o każde 0,2 V powyżej (lub poniżej) zalecanej, optymalnej wartości, zmniejsza żywotność baterii dwukrotnie. Warto więc ocenić i porównać parametry elektryczne ładowarek dla oferowanych na rynku central oświetlenia awaryjnego. Przedstawiony wykres pokazuje jak niezmiernie istotnym jest zapewnienie prawidłowych warunków dla ładowania baterii akumulatorów i pracy buforowej.
W przypadku baterii centralnej przez zdecydowaną większość swojego czasu życia bateria pozostaje w pracy buforowej z urządzeniami ładującymi, stanowiącymi jeden z elementów wyposażenia centrali. Należy zapewnić wymagane napięcia zgodnie z wytycznymi producenta baterii. Przy niewłaściwej pracy urządzenia ładującego istnieje zagrożenie znacznego skrócenia czasu życia baterii. Zbyt głębokie rozładowanie baterii lub niewłaściwe napięcie buforowania prowadzi do systematycznego zasiarczania baterii, a tym samym trwałego zmniejszania jej pojemności.
W wyniku rozładowania baterii powstaje siarczan ołowiu, który po pewnym czasie przechodzi w stan krystaliczny. W tym stanie staje się izolatorem elektrycznym powodując spadek pojemności baterii. Stąd zawsze wymagana jest konieczność ponownego naładowania baterii bezpośrednio po jej rozładowaniu.
Dla uzyskania deklarowanej przez producenta żywotności baterii ważne jest zapewnienie odpowiednich warunków pracy we wszystkich trzech wymienionych aspektach:
- temperatura otoczenia baterii,
- przewidywana ilość i głębokość rozładowań baterii,
- napięcie pracy baterii (ładowania i praca buforowa).
Jak widać wpływ na żywotność baterii mają nie tylko urządzenia które nadzorują jej pracę, ale również pomieszczenie w którym bateria jest eksploatowana. Pierwsze dwa przedstawione powyżej wymagania nie stanowią problemu technicznego w warunkach bieżącej eksploatacji ponieważ:
- napięcie pracy baterii jest nadzorowane przez właściwe urządzenia ładujące w centrali,
- na rynku dostępne są baterie o żywotności 10 lat zapewniające wymaganą ilość cykli głębokich rozładowań.
Pozostaje kwestia zapewnienia 20^oC temperatury otoczenia, co wydaje się być również łatwe do osiągnięcia. Należy tu jeszcze wspomnieć o wymaganej wentylacji dla baterii. Z uwagi na rekombinację gazów w baterii VRLA na poziomie 98% zazwyczaj wystarcza wentylacja naturalna. Bardziej szczegółowo ta kwestia została omówiona w artykule dotyczącym wentylacji.
Przedstawione materiały powinny ułatwić projektantowi wybór odpowiedniego pomieszczenia celem zapewnienia właściwych parametrów otoczenia oraz wybór centrali oświetlenia awaryjnego, zdolnej zapewnić wymienione powyżej podstawowe warunki pracy dla baterii. Bateria akumulatorów z racji swojej bezwładności elektrycznej jest w dalszym ciągu najbezpieczniejszym urządzeniem do magazynowania i oddawania energii. Wszelkie ewentualne niekorzystne zjawiska w baterii nie następują gwałtownie, dając służbom eksploatacyjnym wystarczająco dużo czasu na podjęcie działań serwisowych. Stanowi to jeden z zasadniczych elementów przewagi oświetlenia awaryjnego zasilanego z baterii centralnej nad lampami zasilanymi z indywidualnych bateryjek.  
Należy jednak pamiętać, iż nie przykładanie należytej wagi do parametrów pracy urządzeń ładujących skutkuje szybkim zniszczeniem baterii, a tym samym generuje niepotrzebne dodatkowe koszty wymiany baterii. Istotna jest więc należyta dbałość służb eksploatacyjnych o wykonywanie cyklicznych przeglądów centrali i baterii przez uprawnione zespoły serwisowe, zwłaszcza, iż są do tego zobligowane obowiązującymi w tym zakresie przepisami. (Rozporządzenie Ministra Spraw Wewnętrznych i Administracji z dnia 7 czerwca 2010 r.)