Le batterie non sono risorse da "montare e dimenticare"!

Autore: Technical Support Group (TSG) di Megger, Nord America

È essenziale testare regolarmente le batterie di accumulo, in particolare quelle utilizzate per fornire le alimentazioni di emergenza. Le batterie spesso rimangono inosservate e inutilizzate per lunghi periodi e forniscono poche indicazioni esterne in merito a un eventuale deterioramento o guasto. Tuttavia, se non funzionano come previsto al momento opportuno, il risultato può essere catastrofico.

I due approcci più ampiamente adottati per valutare le condizioni di una batteria sono il test di impedenza e il test di scarica. Il test di impedenza è una procedura in linea che può essere eseguita frequentemente per identificare singole celle indebolite prima che si guastino. Questo test valuta le prestazioni previste dalla batteria nelle sue condizioni attuali. Fornisce informazioni preziose, ma i risultati sono sempre le "stime migliori" piuttosto che valutazioni definitive.

Al contrario, il test di scarica, noto anche come test di carico o test di capacità, è un test non in linea che misura la potenza effettiva dell'intera stringa della batteria. È l'unico test in grado di misurare con precisione la capacità reale di una stringa e, per questo motivo, è richiesto dagli standard IEEE. Un test di scarica rivela cosa accadrà nel momento in cui la batteria si rivela necessaria per sostenere il carico.

Gli standard pertinenti sono IEEE 450-2002 Recommended Practice for Maintenance, Testing, and Replacement of Vented Lead-Acid Batteries for Stationary Applications ed IEEE 1188-1996 Recommended Practice for Maintenance, Testing, and Replacement of Valve- Regulated Lead-Acid (VRLA) Batteries for Stationary Applications.

Poiché sono dispendiosi in termini di tempo e richiedono che la batteria sia disattivata, nella maggior parte delle applicazioni i test di scarica vengono eseguiti raramente. In genere, si consiglia di eseguire questo tipo di test in una delle seguenti condizioni:

• Quando la batteria è nuova, come parte del test di accettazione.
• Entro due anni dal test iniziale, ai fini della garanzia.
• Successivamente, come minimo, ogni 25% della durata prevista della batteria o ogni 6 anni, a seconda di quale sia l'intervallo più breve.
• Annualmente, quando la batteria ha raggiunto l'85% della durata prevista o se la capacità è scesa di oltre il 10% rispetto al test precedente o è inferiore al 90% della valutazione del produttore.
• Se il valore di impedenza della batteria è cambiato in modo significativo.

A volte si esprimono dubbi sul fatto che il test di scarica riduca la durata di una batteria: in effetti, è stato definito "test distruttivo" perché le celle indebolite possono guastarsi durante il test. Tuttavia, è meglio rilevare queste celle indebolite durante un test piuttosto che nel momento in cui la batteria è necessaria per alimentare il suo carico!

In teoria, il test riduce leggermente la durata della batteria. Tuttavia, una batteria tipica ha una durata di almeno 1000 cicli di carica/scarica e i test di scarica verranno probabilmente eseguiti solo quattro o cinque volte per l'intera durata della batteria. Poiché si tratta di una percentuale tanto piccola dei cicli di carica/scarica totali disponibili, l'impatto sullo stato della batteria e sulla durata complessiva, in termini pratici, è trascurabile. In realtà, è molto meglio conoscere la capacità effettiva della batteria e confermare che supporterà effettivamente il carico richiesto, piuttosto che preoccuparsi dell'effetto minimo che il test di carico potrebbe avere sulla durata complessiva della batteria.

Test di scarica senza problemi

Sebbene il test di scarica sia l'unico vero test della capacità di una stringa della batteria, richiede innegabilmente una notevole quantità di tempo e sforzo, quindi è importante assicurarsi che proceda senza problemi e senza la necessità di ripeterne l'esecuzione. I seguenti passaggi contribuiranno a garantire che questo avvenga:

1. Prima di iniziare il test, assicurarsi che la batteria (o le batterie) da testare siano state mantenute completamente cariche (generalmente con carica di mantenimento) per almeno 72 ore. In questo modo si garantisce che i risultati del test di scarica rappresentino accuratamente la capacità della batteria.

2. Eseguire un test di impedenza e misurare la resistenza dei collegamenti tra le celle prima di iniziare il test di scarica. Questo assicura che il percorso elettrico nella stringa della batteria sia stato controllato accuratamente prima di iniziare la scarica ad alta corrente.

Figura 1: Esempio di scheda delle specifiche del test di scarica della batteria

Figura 2: Capacità di corrente rispetto alla tensione per la serie TORKEL 900

3. Decidere il tipo di test di scarica da eseguire. Esistono molti tipi diversi di test di scarica, tra cui a corrente costante, alimentazione costante, resistenza costante e profilo di carico. Il test a corrente costante è quello eseguito più di frequente.

4. Controllare le specifiche del test di scarica della batteria sottoposta a test. Questo aiuterà nella pianificazione del test. Le specifiche includono la tensione finale della cella (generalmente 1,75 V o 1,8 V per cella per batterie al piombo-acido) e una tabella dei tassi di scarica. Utilizzando la tabella, la durata del test può essere scelta in base al ciclo di lavoro della batteria e ciò consente di determinare la corrente di test corrispondente. Ad esempio, con la tabella mostrata nella Figura 1, sarebbe necessaria una corrente di test di 19 A per un test di scarica di 5 ore sul modello di batteria selezionato.

5. Se necessario, predisporre un gruppo batterie di riserva. È possibile utilizzare un gruppo batterie di riserva per alimentare il carico mentre la stringa della batteria sottoposta a test non è linea. La batteria di riserva sarà necessaria anche al termine del test per consentire la ricarica della stringa che è stata testata.

6. Assicurarsi che il gruppo batterie sia in grado di gestire la corrente di test richiesta. Con correnti di test elevate, un singolo gruppo batterie potrebbe non essere sufficiente. Questo problema può essere risolto utilizzando gruppi batterie aggiuntivi collegati in parallelo, o utilizzando una corrente di test più bassa e aumentando la durata del test. Per i gruppi batterie della serie TORKEL 900, le informazioni complete sulla capacità di scarica sono riportate nella scheda tecnica (vedere Figura 2). Come ulteriore ausilio, è possibile utilizzare il pacchetto software TORKELCalc per determinare la configurazione necessaria per una particolare corrente di scarica.

Figura 3: Collegamento dei cavi di rilevamento della tensione

Figura 4: Impostazione del test di scarica con i BVM per la misurazione della tensione della cella

Figura 5: Screenshot dalla GUI TORKEL che mostra i limiti del test

7. Effettuare i collegamenti di test in modo sicuro mentre la batteria da testare è ancora collegata al caricabatteria. I collegamenti devono essere eseguiti correttamente per garantire che l'alta corrente che fluisce durante il test non causi un riscaldamento eccessivo. La tensione terminale della batteria può essere misurata con precisione utilizzando cavi di rilevamento della tensione separati, come mostrato dai collegamenti tratteggiati nella Figura 3. Questa disposizione elimina l'effetto della caduta di tensione nei cavi di corrente tra il set di test e la batteria sottoposta a test.

8. Monitorare le tensioni delle singole celle. Le celle malfunzionanti in una stringa possono scaricarsi molto più velocemente di quelle correttamente in funzione. Per consentire il proseguimento del test di scarica, potrebbe essere necessario bypassare le celle malfunzionanti per evitare effetti come l'inversione di polarità. È quindi importante monitorare la tensione di ogni singola cella nella stringa della batteria durante l'esecuzione del test di scarica. Questa operazione può essere eseguita con gli accessori del monitor della tensione della batteria (BVM), come illustrato nella Figura 4. È necessario utilizzare le sonde di tensione corrette per garantire che i collegamenti alle singole celle possano essere eseguiti con facilità.

9. Programmare i parametri di test nel set del test di scarica. Ciò include il metodo di test, il metodo di calcolo della capacità, la temperatura di test, la corrente di test, la durata del test, la capacità nominale (corrente di test x durata del test), i limiti di avvertenza e i limiti di arresto. È possibile impostare un limite di avvertenza per la tensione di una singola cella (ad esempio a 1,75 V per cella). Inoltre, è possibile impostare un limite di arresto per la tensione della batteria (ad esempio, 1,75 V per cella x 24 celle = 42 V). Esempi di queste impostazioni su un set di test TORKEL sono mostrati nella Figura 5. Un ulteriore limite di avvertenza potrebbe essere impostato a una tensione leggermente superiore alla tensione finale della batteria, in modo che la persona che esegue il test venga avvisata quando è vicino al completamento.

10. Tenere presente che alcune celle raggiungono la tensione finale prima delle altre. Il test di scarica fa scaricare tutte le celle e, inevitabilmente, alcune si scaricano prima di altre. Il test non deve essere interrotto quando una cella raggiunge la tensione finale, ma deve continuare finché la tensione media delle celle non è uguale alla tensione finale delle celle. Ad esempio, se la tensione finale della cella della batteria sottoposta a test è di 1,75 V e la batteria ha 60 celle, il test deve continuare fino a quando la tensione della batteria non è pari a 60 x 1,75 V = 105 V. A questo punto, è perfettamente possibile che alcune celle siano a 1,8 V mentre altre a 1,6 V.

11. Prepararsi a bypassare le celle malfunzionanti. Alcune celle nella stringa della batteria si scaricano più velocemente di altre. Le procedure di test IEEE per le batterie al piombo acido (VLA e VRLA) stabiliscono che il test di scarica può essere messo in pausa una volta per bypassare le celle che si avvicinano all'inversione di polarità. La durata massima consentita di questo "periodo di inattività" è pari al 10% della durata del test o 6 minuti, a seconda di quale dei due sia più breve. Dopo il bypass, la tensione finale della batteria deve essere regolata in base al numero di celle rimanenti nella stringa. È inoltre necessario valutare la necessità di bypassare le cellule. Se in una stringa sono presenti solo poche celle malfunzionanti, il test può continuare, ma se, ad esempio, metà delle celle nella stringa si scarica prematuramente, il test deve essere interrotto e la batteria sostituita.

12. Registrare la tensione di mantenimento di ciascuna cella. Collegando i BVM, questa operazione risulta semplificata. Per una batteria al piombo-acido, la tensione di mantenimento è solitamente di circa 2,2 V.

13. Preparare l'avvio del test. Spegnere il caricabatteria, scollegare il carico e, se necessario, trasferirlo al gruppo batterie di riserva (è possibile eseguire il test di una batteria con il carico collegato, utilizzando però un trasformatore di corrente accessorio per misurare il flusso di corrente esterno).

14. Avviare il test.
 

15. Monitorare i dati di scarica per assicurarsi che il test proceda regolarmente. L'acquisizione dei dati in tempo reale consente di visualizzare i valori del test in tempo reale e di valutare l'avanzamento in relazione ai limiti di test programmati.

16. Al termine del test, salvare i dati di scarica e annotare la capacità in percentuale. Per un test di scarica che viene eseguito per un'ora o più, è possibile utilizzare la formula seguente per calcolare la capacità in percentuale:
 

Il tempo calcolato per raggiungere la tensione finale deve essere disponibile nei dati del produttore della batteria (vedere Figura 1). Il produttore può anche fornire il fattore di correzione della temperatura ma, in caso contrario, è possibile utilizzare i valori specificati nello standard IEEE 450.

17. Ricollegare la batteria al caricabatteria. Notare che la corrente di carica inizialmente sarà elevata poiché la batteria è stata completamente scaricata durante il test. Il caricabatteria deve essere in buone condizioni per fornire la corrente richiesta.

Un ottimo investimento

Le batterie sono risorse costose che rivestono un ruolo importante e spesso critico nei moderni sistemi di alimentazione. È quindi essenziale assicurarsi che siano mantenute in buone condizioni e che le loro prestazioni vengano valutate regolarmente e accuratamente. La chiave per raggiungere questo obiettivo è implementare un programma di test che includa sia il test di impedenza di routine sia, a intervalli meno frequenti, il test di scarica pianificato con attenzione. I moderni strumenti di test, come quelli della gamma di test per batterie di Megger, offrono risultati affidabili e semplificano l'esecuzione di entrambi i tipi di test. Per tutti gli utilizzatori di batterie, tali test rappresentano un ottimo investimento che consente di ottenere un ritorno eccellente, anche contribuendo a eliminare il rischio che le batterie non funzionino quando sono più necessarie.

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