Quão ruim é subtensão de uma bateria de chumbo-ácido de 12 volts?

Hoje tive uma discussão acalorada com alguns colegas sobre como a tensão estava baixa para a bateria de ácido-chumbo de 12 volts; eles pensavam que a campainha de aviso de baixa tensão e o desligamento automático final eram irritantes e um risco à segurança.

• Eu tinha um cara insistindo que as baterias estavam 'boas' mesmo quando estavam seriamente sem tensão e você pode jogar praticamente qualquer coisa nelas.
• Outro cara insistiu que a bateria do carro tinha chegado a 2 (!) Volts e, ei, ele não tinha problemas com isso.

Sempre pensei em um barco que você nunca deixava sua bateria de 12 volts cair em torno de 11 volts, então essa postura muito passiva me confundiu um pouco. Existem dados disponíveis para quantificar uma perda na qualidade da bateria de chumbo-ácido devido a eventos de baixa tensão? Quanto perco a capacidade em um evento de baixa tensão? Estou bastante certo de que estou certo, mas preciso de alguns dados.

Seu ponto de vista pode ser facilmente formulado de maneira diferente.

Se você observar a curva de descarga de uma bateria de chumbo-ácido com classificação de 12V ou 6V:

Isso vem de Yuasa. Eles fazem as coisas. É confiável ou otimista, certamente não pessimista.

Vejamos o de 12V e assumimos otimista que você está interessado apenas na descarga de 0.2C, qualquer outra taxa em que os mesmos argumentos possam ser feitos com uma linha diferente.

Na sua marca de 12V, você pode ver que existe um "ponto de inflexão" em que a tensão vai de relativamente constante a despencar.

Em 11V, está quase indo direto para baixo.

Em 9V, ele cairá imediatamente sob a mesma corrente de carregamento.

Isso significa que no ponto de 12V você usou essencialmente 60% de sua capacidade. Em 11V você está efetivamente 93%. Em 9V você está em 99,5%.

Agora, acrescentando que uma bateria com 0 V de diâmetro não tem mais nenhuma iniciativa química, de qualquer tipo de química, você precisará motivá-la a recriar o desequilíbrio químico que faz com que a tensão aparente e o potencial da corrente fluam. Isso é difícil em qualquer bateria (e é por isso que quase todas as baterias são fabricadas com eletrodos já quimicamente fabricados com os materiais certos para criar o potencial da célula).

Com o SLA, muita energia entra na recombinação química de sulfatos e sulfitos, desperdiçando muita energia. Isso resulta na necessidade de energia excessiva para reativar uma célula que é deixada em 0V. Potência excessiva = calor. Calor = gaseamento. Gaseificação = perda de umidade. Perda de umidade = ruim. Sem mencionar que a voltagem mais alta normalmente exigida produz muitos, muitos subprodutos nas placas, próximos aos subprodutos já gerados pela castração em primeiro lugar e você fica com uma bateria AA com o peso e tamanho de uma bateria de 6Ah SLA.

Agora, se você chegar perto de 9V, ele se tornará 0V muito rapidamente. Você facilmente será tarde demais.

Muitos fabricantes nos dizem "Considere sua bateria vazia em 11,8V", algumas pessoas (incluindo eu) assumem 11V. Quem usa 11V com frequência (mas nem sempre) cuida para saber que esse é o limite mais baixo . É exatamente por esse motivo.

Se eles não aceitarem que centenas de fabricantes, inúmeros especialistas na área e usuários dizem "em 11,8V, você não terá muito mais com isso e será arriscado tentar", então convença-os com o fato de que em 11V não haverá muito mais para obter. Feito. Todos os outros pontos discutem.

O motivo pelo qual uma bateria de carro pode cair para 2V e continuar funcionando é porque essa bateria estava em 2V muito em breve, porque o idiota que deixou as luzes acesas percebeu depois de um tempo. E, como geralmente são super dimensionadas por um fator de 2 a 5, dependendo do tipo e da marca de um carro, um carro aleijado funcionará por mais alguns anos.

E, sejamos honestos, vamos realmente dedicar horas e horas de trabalho e pesquisa para convencer alguém que nem consegue se importar com as luzes de seu carro de fatos acordados, compartilhados entre milhares de engenheiros elétricos em todo o mundo?

Excelente resposta da Asmyldof. As únicas coisas que eu acrescentaria é que:

(1) Existem várias variedades distintas de ácido-chumbo: a 'bateria de partida', que raramente é descarregada muito longe, a 'bateria motriz', destinada a descargas graduais e profundas, a 'bateria de reserva', para operação no estilo UPS, onde descargas profundas são raras e, portanto, os impactos negativos cumulativos dessa descarga profunda são compensados ​​pela vida útil esperada e um novo sabor que pode operar em estado parcial de descarga por longos períodos. Todos eles têm características bastante distintas nos mínimos detalhes.

(2) A indústria de baterias de chumbo-ácido é muito competitiva. A menos que você tenha uma nova química patenteada para diferenciá-lo da concorrência, (a) você obtém o que paga (em termos de qualidade) e (b) nenhum fabricante se beneficia ao declarar limites / recomendações de uso abaixo do que é razoável esperar uma boa vida útil de seus produtos.

Arrasto-articuladores que dizem "Oh, essas coisas são à prova de balas" ou "Corri esse raio de até 2,5V e ainda funciona bem!" geralmente não são aqueles que precisam gastar centenas / milhares de dólares quando as baterias "misteriosamente" não duram os vários anos que deveriam. Essas pessoas também são responsáveis ​​por baterias com garantias curtas, porque pode ser difícil provar que um cliente utilizou mal uma bateria fora dos limites publicados (sem ter eletrônicos de monitoramento elaborados para gravar e prová-la).

A folha de dados do fabricante é rei e seu aplicativo deve corresponder a uma bateria destinada a esse caso de uso. Os três pontos de dados da experiência pessoal do seu colega são inúteis, pelo menos no contexto da longevidade da bateria (e quem precisa pagar pela substituição prematura).

Um fator importante a ser considerado nas baterias multicelulares é que os danos causados ​​pela subtensão serão concentrados na célula mais fraca, mas o desempenho dessa célula mais fraca será geralmente o fator limitante em relação ao desempenho da embalagem como um todo . Se todas as seis células de um pacote de 12 volts forem igualmente boas, reduzir sua voltagem para 9 poderá reduzir todas as seis células para 1,5 volts sem danificar significativamente nada, mas se uma das células for mais fraca que as outras, reduza a voltagem do pacote até 9 pode resultar na tensão da célula fraca sendo reduzida para 1,0 volts, enquanto as outras cinco células estão em 1,6. Se isso for feito algumas vezes, a célula fraca poderá se tornar ainda mais fraca, de modo que sua voltagem caia para nada enquanto as outras células ainda estão em 1,8.

Nos casos em que uma bateria de várias células é usada para fins de capacidade de armazenamento, e não de capacidade de manuseio de corrente, eu suspeitaria que uma bateria com componentes eletrônicos para extrair mais corrente de baterias mais fortes poderia produzir um comportamento de vida útil melhor do que aquele que simplesmente conecta em série, mas não conheço esses projetos serem comuns. No entanto, é importante observar que nas baterias multicelulares, os danos causados ​​por condições de subtensão aumentam à medida que a diferença entre baterias mais fortes e mais fracas aumenta, e essa diferença aumenta como resultado de tais danos.

Esta não é uma resposta técnica, mas um pouco mais de combustível para o seu contra-argumento:

Eu costumava trabalhar em locais que possuíam GRANDES bancos de baterias de reserva (100 - 1000 de baterias de alta qualidade) e os trocavam (TODAS as baterias) a um custo enorme, se passassem de ciclo abaixo do limite recomendado pelo fabricante devido a uma falta de energia. Era uma infraestrutura de rede telefônica crítica de alta confiabilidade com requisitos legais para permanecer on-line em uma queda de energia (também ataque nuclear, natch). Você vê paletes de baterias aguardando reciclagem que provavelmente durariam mais uma década executando o refrigerador de cerveja de Joe Normal em seu trailer ou similar, mas isso me leva ao meu ponto:

Se você precisar de desempenho garantido, siga as especificações do fabricante.

Você pode "se safar" de todos os tipos na bateria de um carro, porque é improvável que atinja seus limites - normalmente eles duram anos, talvez se você descarregá-lo para 2v, você se safará e continuará ligado. ligar seu carro em condições normais por mais 5 anos, mas isso não significa que você não reduziu sua vida útil em um ano, ou que, se você dirigisse para o Alasca no inverno, ele ainda funcionaria ou que, se você o descarregasse para 2v a mais algumas vezes, não se enrolava e morria. Mas, como consumidor, você apenas encolhe os ombros e compra uma bateria nova ou já vendeu o carro até então.

Você pode se safaruma tonelada de coisas na vida cotidiana do consumidor, mas se você está tentando garantir um desempenho do seu dispositivo / produto, não pode infringir as regras (a menos que seja muito bom) - é por isso que todas essas baterias de backup foram trocadas: provavelmente ainda funcionaria bem para ~ 90% das especificações, mas quando a energia acabar em um dia de inverno daqui a três anos, e esse evento de descarga com excesso de especificações empurrou as baterias muito longe na curva e, em vez de ter o Se você especificou 30 minutos para recuperar a energia, o equipamento desligou-se inesperadamente 10 minutos mais cedo, travou a rede e desligou o sistema inteiro por um dia porque a situação de restauração de mortos é 10x pior que o "desligamento controlado" você vai parecer um idiota certo, e os advogados de alguém vão bater à sua porta.

Qualquer fabricante de baterias que se preze poderá informar esses dados (e garanti-los), se não puderem, não usarão o material para QUALQUER aplicativo crítico.

Como observação lateral: os veículos militares trocam as baterias com muito mais frequência do que a bateria do carro de Joe Public pelo mesmo motivo - quando você está sendo baleado em um dia de inverno, precisa ser capaz de pôr em marcha a vida de seu porta-tropas pela primeira vez garantido, não faça algumas tentativas com um pouco de descanso no meio.

Esta foi uma instalação média, posteriormente substituída por muitos racks de baterias AGM menores:

Como isso:

E se eles pedalassem muito fundo, TODOS seriam trocados. Nenhuma pergunta.

Respondendo à pergunta " Existem dados disponíveis para quantificar uma perda na qualidade da bateria de chumbo-ácido devido a eventos de baixa tensão? ", Aqui estão duas boas fontes:

" A vida útil da bateria está diretamente relacionada à profundidade de ciclo de cada ciclo. Se uma bateria for descarregada em 50% todos os dias, ela durará cerca de duas vezes mais que se for atingida por 80% DOD ^[1] . 10% DOD, durará cerca de 5 vezes, enquanto um ciclo para 50%. Obviamente, existem algumas limitações práticas sobre isso - você geralmente não quer ter uma pilha de 5 toneladas de baterias lá apenas para reduzir o DOD O número mais prático a ser usado é o DOD a 50% regularmente. "- https://www.solar-electric.com/deep-cycle-battery-faq.html

" vida útil típica das baterias de arranque e de ciclo profundo quando em ciclo profundo:

Depth of Discharge    Starter Battery    Deep-cycle Battery
------------------------------------------------------------
100%                  12–15 cycles       150–200 cycles
50%                   100–120 cycles     400–500 cycles
30%                   130–150 cycles     1,000 and more cycles

"- http://batteryuniversity.com/learn/article/lead_based_batteries

Ambas as fontes foram encontradas graças aos comentários de Hot Licks e Nick Alexeev.

Notas / PS

^[1] DOD significa Profundidade de descarga com 100% de significado para descarregar completamente a bateria.

Outras respostas têm informações excelentes, mas não respondem diretamente à pergunta.

Tenho experiência com mais de dez mil baterias. As baterias de baixa tensão destroem a bateria causando sulfatação nas baterias de chumbo-ácido ou dendritos em lítio. Ambos são muito destrutivos. As pessoas que dizem que a bateria pode lidar com isso estão realmente dizendo que a bateria é de melhor qualidade do que o habitual. No entanto, descarregar as baterias abaixo da tensão nominal é destrutivo e ainda dói a bateria. Você verá a bateria acabar mais rapidamente. A remoção de um corte de tensão é extremamente tola, porque NUNCA use uma bateria com baixa tensão se quiser que a bateria dure. A coisa mais cara que você pode fazer é deixar a bateria sob tensão, a segunda mais cara é deixá-la sob tensão para começar. Ele não foi projetado para operar fora dos parâmetros e reduzirá drasticamente a vida útil. Você não precisa de um gráfico para entender que as baterias morrem mais rapidamente quando você as descarrega muito fundo. Apenas seja tolo o suficiente para descarregar demais as baterias e você descobrirá em breve.

O que normalmente mata baterias novas em pouco tempo é descarregá-las e deixá-las em pé por semanas ou meses em estado de esgotamento.

Esse é o destino típico da maioria das baterias "recreativas". Eles se tornam desacompanhados.

Algumas descargas de desastre seguidas de uma carga e as baterias ainda serão cooperativas, mas nunca deixe baterias de motocicleta ou carro descarregadas para cuidados posteriores.

Você percebe que as células da bateria ficam sulfatadas quando a tensão da bateria pode ser elevada e a bateria não recebe corrente. Normalmente, uma bateria de 12V 70Ah saudável e ligeiramente descarregada cai para 15-20 Amps após alguns minutos a 14,4V de carga. Quando sulfatado Você pode aplicar 15-30V e quase nenhum fluxo de corrente. Então você está com problemas.

Se você tiver uma fonte de alimentação limitada de corrente, poderá torturar as baterias e fritá-las em voltagens mais altas, com o limite de corrente definido em talvez 0,01 da capacidade.

Se / quando a bateria começar a consumir alguma corrente, você terá bastante tempo antes de estar totalmente carregada.

Normalmente, quando muito sulfatado, você pode adiar usando uma bateria nova, mas ela nunca será tão nova.

As baterias de chumbo-ácido são como animais de estimação - elas se comportam de acordo com a forma como são tratadas.

Há alguns anos, comprei esta scooter com um bastão de 6 V morto; só começou com o pedal do pedal. Bastão colocado em um recarregador controlado: 6V vezes a raíz quadrada 2, aproximadamente 8,5 V. Era um 4AH, carga então regulada (testada) a 10%, portanto 400mA; mas como o morcego estava morto, teve que aumentar a tensão em 10 ou 12V (não me lembro) até que esses 400mA pudessem ser alcançados. Neste ponto, teve que monitorar o líquido dentro das células e a corrente de carga; quase a cada 20 minutos, mais ou menos, era necessário diminuir a tensão para obter a corrente de carga correta. Eventualmente, chegou a um ponto em que poderia ter 400mA com tensão de carga correta (8,5 V) e sempre monitorando eletrólito nas células. Depois, deixe descansar por 14 horas. Tornou-se como novo. Acho que era necessário excesso de tensão para "quebrar" sais ruins nos eletrodos.