Sạc pin axit chì những điều cần biết để tối ưu hóa và kéo dài tuổi thọ.

Pin axit chì sử dụng phương pháp sạc điện áp và dòng điện không đổi (CCCV). Dòng điện điều chỉnh làm tăng điện áp của pin cho đến khi đạt đến giới hạn điện áp sạc , lúc này dòng điện giảm xuống do bão hòa. Thời gian sạc là 12–16 giờ và lên đến 36–48 giờ đối với loại pin lớn cố định.

Với dòng điện tích cao hơn và phương pháp sạc nhiều giai đoạn, thời gian sạc có thể giảm xuống còn 8–10 giờ; tuy nhiên, sẽ không được sạc đầy điện tích.Loại pin Axit chì hoạt động chậm chạp và không thể sạc nhanh như các hệ thống ắc quy khác.

Với phương pháp CCCV, pin axit chì được được tích điện theo ba giai đoạn, đó là [1] Dòng điện không đổi, [2] Lấp đầy điện tích và [3] Sạc nhỏ giọt. Sạc với dòng điện không đổi chiếm khoảng một nửa thời gian sạc cần thiết; Quá trình Sạc cao nhất tiếp tục ở dòng điện tích thấp hơn và cung cấp độ bão hòa, và sạc nhỏ giọt bù đắp cho sự mất mát do tự phóng điện .

Xem thêm : Mạch sạc pin axit chì 

Trong thời gian sạc liên tục, pin sẽ sạc đến khoảng 70 phần trăm trong 5–8 giờ; 30 phần trăm còn lại được sạc ở chế độ lấp đầy điện tích chậm hơn kéo dài thêm 7–10 giờ. Việc sạc đầy pin là điều cần thiết cho sự khỏe mạnh của pin .

Nếu liên tục bị sử dụng cạn kiệt, pin sẽ mất khả năng tiếp nhận một lần sạc đầy và hiệu suất sẽ giảm do sự sunfat hóa . Sạc nhỏ giọt trong giai đoạn thứ ba duy trì pin ở mức sạc đầy. Hình 1 minh họa ba giai đoạn này .

Hình 1: Các giai đoạn sạc của pin axit chì. Pin được sạc đầy khi dòng điện giảm xuống mức thấp nhất định. Điện áp phao bị giảm. Phí nổi bù cho sự tự phóng điện mà tất cả các loại pin thể hiện.

Việc chuyển đổi từ Giai đoạn 1 sang Giai đoạn 2 diễn ra liền mạch và xảy ra khi pin đạt đến giới hạn điện áp đã đặt. Dòng điện bắt đầu giảm khi pin bắt đầu bão hòa; đạt được mức sạc đầy khi dòng điện giảm xuống còn 3–5 phần trăm giá trị Ah của pin. Pin có mức rò cao có thể không bao giờ đạt được dòng bão hòa thấp này và bộ điều khiển sẽ kết thúc quá trình sạc .

Việc chọn đúng giới hạn điện áp sạc là rất quan trọng và nằm trong khoảng từ 2,30V đến 2,45V trên mỗi cell. Pin phải được sạc đầy để đạt công suất tối đa và tránh hiện tượng sunfua hóa trên bản cực âm; mặt khác, quá bão hòa do không chuyển sang chế độ sạc nhỏ giọt sẽ gây ra hiện tượng ăn mòn lưới trên bản cực dương. Điều này cũng dẫn đến thoát khí và thất thoát nước .

Nhiệt độ làm thay đổi điện áp. Môi trường xung quanh ấm hơn yêu cầu ngưỡng điện áp thấp hơn một chút và ngược lại. Bộ sạc sẽ có cảm biến nhiệt độ để điều chỉnh điện áp sạc nhằm mang lại hiệu quả sạc tối ư.

Hệ số nhiệt độ điện tích của pin axit chì là –3mV / ° C. Đặt 25 ° C (77 ° F) làm điểm giữa, điện áp sạc phải giảm 3mV trên mỗi cell ở mọi độ trên 25 ° C và tăng 3mV trên mỗi cell ở mỗi độ dưới 25 ° C. Nếu điều này là không thể, tốt hơn là chọn điện áp thấp hơn vì lý do an toàn. Bảng 2 so sánh những ưu điểm và hạn chế khi chọn điện áp đỉnh khác nhau .

Bảng 2: Ảnh hưởng của hiệu điện thế đối với pin axit chì nhỏ.
Các cell axit chì hình trụ có điện áp cao hơn VRLA(pin axit-chì kín) và pin khởi động.

Sau khi được sạc đầy qua độ bão hòa, pin không được ở điện áp cao hơn 48 giờ và phải được giảm xuống mức điện áp nhỏ giọt(Điện áp nhỏ giọt là điện áp mà pin được duy trì sau khi được sạc đầy để duy trì công suất đó bằng cách bù cho việc tự xả pin.).

Xem thêm : Pin axit chì hoạt động như thế nào

Điều này đặc biệt quan trọng đối với các pin kín vì không chịu được quá tải hơn so với loại pin ướt. Việc sạc vượt quá giới hạn quy định sẽ biến năng lượng dư thừa thành nhiệt.

Giải thích :

Pin axit-chì ướt có chứa chất điện phân tự do di chuyển trong vỏ pin. Khi được tích điện, các tấm axit và chì của pin sẽ phản ứng để lưu trữ điện năng. Các pin này có nghĩa là được gắn thẳng đứng để chất điện phân không bị rò rỉ ra ngoài các nắp trên cùng.

Pin axit chì kín hoặc pin gel là pin axit chì có chất điện phân axit sunfuric đông tụ (đặc lại) nên không thể tràn ra ngoài. Chúng được bịt kín một phần, nhưng có lỗ thông hơi trong trường hợp khí vô tình thoát ra do nạp quá mức.

Điện áp nhỏ giọt được khuyến nghị của hầu hết các loại pin axit chì ướt là 2,25V đến 2,27V / cell. Pin lớn cố định ở 25 ° C (77 ° F) thường ở 2,25V / cell. Các nhà sản xuất khuyên bạn nên giảm quá trình sạc nhỏ giọt khi nhiệt độ xung quanh tăng trên 29 ° C (85 ° F).

Giải thích : Điện áp nhỏ giọt hay float voltage ở Chế độ sạc nhỏ giọt là nơi điện áp trên pin được duy trì ở mức xấp xỉ 2,25 volt trên mỗi cell hoặc 13,5 volt đối với pin 12V. Điện áp này sẽ duy trì tình trạng sạc đầy trong pin mà không làm sôi chất điện phân của chúng ta hoặc sạc quá mức cho pin.

Hình 3 minh họa tuổi thọ của pin axit chì được giữ ở điện áp nhỏ giọt từ 2,25V đến 2,30V / cell và ở nhiệt độ 20 ° C đến 25 ° C (60 ° F đến 77 ° F). Sau 4 năm hoạt động, tổn thất công suất vĩnh viễn có thể nhìn thấy, vượt ngưỡng 80%. Tổn thất này lớn hơn nếu pin bị xả sâu định kỳ. Nhiệt tăng cao cũng làm giảm tuổi thọ của pin.

Hình 3: Mất công suất khi chờ xả.
Mất công suất vĩnh viễn có thể được giảm thiểu khi hoạt động ở nhiệt độ phòng vừa phải và điện áp nhỏ giọt 2,25–2,30V / cell.

Không phải tất cả các bộ sạc đều có tính năng sạc nhỏ giọt và rất ít phương tiện giao thông đường bộ chạy pin dự phòng có quy định này. Nếu bộ sạc của bạn vẫn ở mức sạc cao nhất và không giảm xuống dưới 2,30V / cell, hãy tháo bộ sạc sau 48 giờ sạc. Sạc lại 6 tháng một lần khi đang ở chế dộ bảo quản.

Các chọn điện áp được mô tả này áp dụng cho các cell và pin ướt có van giảm áp khoảng 34kPa (5psi). Axit chì kín hình trụ, chẳng hạn như cell Hawker Cyclon, yêu cầu chọn điện áp cao hơn và các giới hạn phải được đặt theo thông số kỹ thuật của nhà sản xuất.

Không áp dụng điện áp khuyến nghị sẽ làm giảm dần công suất do quá trình sunfat hóa. Cell Hawker Cyclon có chọn giảm áp 345kPa (50psi). Điều này cho phép một số tái kết hợp các khí được tạo ra trong quá trình tích điện.

Pin lão hóa đặt ra một thách thức khi đặt điện áp sạc nổi vì mỗi cell có tình trạng riêng biệt. Được kết nối nối tiếp, tất cả các cell đều nhận được dòng điện tích như nhau và việc kiểm soát điện áp từng cell khi mỗi cell đạt công suất tối đa là điều gần như không thể.

Các cell yếu có thể bị quá tải trong khi các cell mạnh vẫn ở trạng thái đói điện. Dòng điện nổi quá cao đối với cell yếu có thể làm ảnh hưởng tới các cell mạnh do sự nạp thiếu. Các thiết bị cân bằng cell có sẵn để bù đắp cho sự khác biệt về điện áp gây ra bởi sự mất cân bằng cell.

Điện áp gợn cũng gây ra sự cố với pin lớn cố định. Một điện áp đỉnh tạo thành sự phóng điện quá mức, gây ra sự tiến hóa hydro, tạo ra việc xả ngắn gây nên trạng thái đói  và dẫn đến cạn kiệt chất điện phân. Các nhà sản xuất giới hạn độ gợn điện áp sạc ở mức 5 phần trăm.

Người ta đã nói nhiều về việc sạc xung cho pin axit chì để giảm quá trình sunfat hóa. Nếu có thể đo được quá trình sulfat hóa và áp dụng đúng lượng xung, thì biện pháp khắc phục có thể có lợi; tuy nhiên việc đưa ra cách cải tiến mà không biết các tác dụng phụ cơ bản có thể gây hại cho pin.

Hầu hết các pin cố định được giữ ở dạng sạc nhỏ giọt và điều này hoạt động khá tốt. Một phương pháp khác là sạc trễ ngắt dòng điện nhỏ giọt khi pin chuyển sang chế độ chờ.

Về cơ bản, pin được đưa vào kho và chỉ sạc bổ sung nhằm bổ sung năng lượng bị mất do tự phóng điện hoặc khi có tải. Chế độ này hoạt động tốt khi không tải ở chế độ chờ.

Pin axit chì phải luôn được bảo quản ở trạng thái tích điện. Sạc đẳng áp nên được áp dụng 6 tháng một lần để tránh điện áp giảm xuống dưới 2,05V / cell và khiến pin bị sunfat hóa.

Việc đo điện áp hở mạch (OCV) trong khi lưu trữ cung cấp một chỉ báo đáng tin cậy về trạng thái sạc của pin. Điện áp cell 2,10V ở nhiệt độ phòng cho thấy điện tích khoảng 90 phần trăm. Pin như vậy ở trong tình trạng tốt và chỉ cần sạc đầy một thời gian ngắn trước khi sử dụng.

Quan sát nhiệt độ khi đo điện áp hở mạch. Pin nguội làm giảm điện áp một chút và pin ấm làm tăng điện áp. Sử dụng OCV để ước tính trạng thái sạc hoạt động tốt nhất khi pin đã nghỉ trong vài giờ, vì việc sạc hoặc xả sẽ kích động pin và làm biến dạng điện áp.

Một số người mua không chấp nhận các lô hàng pin mới nếu OCV khi kiểm tra đến là dưới 2,10V trên mỗi cell. Điện áp thấp cho thấy sự tích điện cục bộ do lưu trữ lâu hoặc tự phóng điện cao do đoản mạch. (Lưu ý rằng ngưỡng chấp nhận 2,10V / cell không áp dụng cho tất cả các loại axit chì như nhau.)

Dưới nhiệt độ thích hợp và với dòng điện tích đủ, axit chì cung cấp điện tích cao một cách hiệu quả. Ngoại lệ là sạc ở 40 ° C (104 ° F) và dòng điện thấp, như Hình 4 minh họa. Về hiệu quả cao, axit chì chia sẻ thuộc tính tốt này với Li-ion gần 99%.

Hình 4: Hiệu suất sạc của pin axit chì.
Ở nhiệt độ thích hợp và đủ dòng điện, axit chì mang lại hiệu suất tích điện cao.

Sạc nhanh

Các nhà sản xuất khuyến nghị mức sạc C là 0,3C, nhưng axit chì có thể được sạc ở mức cao hơn lên đến 80% trạng thái sạc (SoC) mà không tạo ra sự suy giảm oxy và nước. Oxy chỉ được tạo ra khi pin được sạc quá mức. Bộ sạc CCCV 3 giai đoạn ngăn điều này xảy ra bằng cách giới hạn điện áp sạc ở mức 2,40V / cell (14,40V với 6 cell) và sau đó giảm xuống mức sạc nhỏ giọt khoảng 2,30V / cell (13,8V với 6 cell) khi sạc đầy.Đây là các điện áp dưới giai đoạn thoát khí.(Sự phát triển của khí từ một hoặc nhiều điện cực do điện phân nước trong quá trình tích điện hoặc do quá trình tự phóng điện. Xả khí đáng kể xảy ra khi pin gần ở trạng thái sạc đầy trong khi sạc lại hoặc khi pin đang sạc cân bằng).

Thử nghiệm cho thấy pin axit chì tốt có thể được sạc lên đến 1,5C miễn là dòng điện được điều chỉnh để sạc đầy khi pin đạt khoảng 2,3V / cell (14,0V với 6 cell). Mức chấp nhận sạc cao nhất khi SoC(trạng thái sạc) thấp và giảm dần khi pin đầy.

Tình trạng sức khỏe và nhiệt độ của pin cũng đóng vai trò quan trọng khi sạc nhanh. Đảm bảo rằng pin không bị nóng lên trong quá trình sạc. Để ý đến pin khi sạc trên mức C khuyến nghị của nhà sản xuất.

Bổ sung nước

Bổ sung nước là bước quan trọng nhất trong việc duy trì ắc quy axit chì bị ướt; một yêu cầu thường bị bỏ qua. Tần suất bổ sung nước tùy thuộc vào cách sử dụng, cách sạc và nhiệt độ hoạt động. Sạc quá nhiều cũng dẫn đến việc tiêu hao nước .

Một pin mới nên được kiểm tra vài tuần một lần để ước tính nhu cầu . Điều này đảm bảo rằng phần trên các bản của pin không bao giờ bị lộ ra ngoài. Một bản trần sẽ bị hư hại không thể phục hồi do quá trình oxy hóa, dẫn đến giảm công suất và hiệu suất thấp hơn.

Nếu gần hết chất điện phân, ngay lập tức đổ đầy pin bằng nước cất hoặc nước khử ion. Nước máy có thể được chấp nhận ở một số vùng. Không đổ đầy đến mức chính xác trước khi sạc vì điều này có thể gây ra tràn trong quá trình sạc. Luôn nạp đến mức mong muốn sau khi sạc. Không bao giờ thêm chất điện phân vì điều này sẽ làm đảo lộn trọng lượng riêng và thúc đẩy sự ăn mòn.

Hướng dẫn đơn giản để sạc pin axit chì

• Sạc ở khu vực thông thoáng. Khí hydro sinh ra trong quá trình sạc dễ gây nổ.
• Chọn chương trình sạc thích hợp cho pin ướt, gel và AGM. Kiểm tra thông số kỹ thuật của nhà sản xuất về ngưỡng điện áp được khuyến nghị.
• Sạc lại ắc quy axit chì sau mỗi lần sử dụng để ngăn chặn quá trình sulfat hóa . Không lưu trữ với mức sạc thấp.
• Các tấm pin ướt phải luôn ngập hoàn toàn trong chất điện phân. Đổ đầy nước cất hoặc nước khử ion vào pin để đậy các tấm pin nếu gần hết. Không bao giờ thêm chất điện phân.
• Đổ đầy nước đến mức được chỉ định sau khi sạc. Việc đổ đầy pin khi pin sắp hết có thể gây ra hiện tượng tràn axit trong quá trình sạc .
• Sự hình thành các bọt khí trong axit cho thấy pin đang ở trạng thái sạc đầy. (Hiđro xuất hiện trên bản âm và oxy xuất hiện trên bản dương).
• Giảm điện áp sạcnhỏ giọt nếu nhiệt độ môi trường cao hơn 29 ° C  (85 ° F). .
• Tránh sạc ở nhiệt độ trên  49 ° C (120 ° F).