Batteriövervakning

Ett batteri är beroende av att alla celler fungerar.

Och det enda sättet att kontrollera att varje cell i batteriet fungerar är att använda ett övervakningssystem som kontinuerligt mäter ström och de individuella cellspänningar i batteriet och ger larm så snart ett mätvärde över- eller understiger sitt gränsvärde. Med ett sådant system kan felaktiga celler upptäckas på ett tidigt stadium och genom att då genast byta ut en felaktig cell undviks följdskador på övriga delar i batteriet. Batteriet kan på så sätt hållas i gott skick under hela dess livslängd.

Urladdning av seriekopplade battericeller

Vid urladdning måste batteriet hela tiden ge tillräckligt hög spänning och ström för att den anslutna utrustningen skall fungera, t ex växelriktaren i en UPS. Utspänningen från batteriet, polspänningen, är summan av cellernas vilospänning, EMK, minus deras sammanlagda inre- och förbindningarnas resistans multiplicerad med uttagen ström. Polspänningen sjunker alltså om strömmen ökar. En dålig cell har ofta högre inre resistans och därmed lägre polspänning, än övriga celler i batteriet. Vid höga strömuttag är det därför ganska lätt att upptäcka en felaktig cell genom att mäta spänningen över varje cell eller över grupper av celler, t ex blockvis. En förutsättning är dock att alla celler eller block mäts samtidigt. Med ett övervakningssystem som sparar mätvärdena och jämför med tidigare urladdningsförlopp kan små förändringar i cellernas inre resistans upptäckas långt innan de är förstörda.

Laddning av seriekopplade battericeller

I ett batteri som består flera seriekopplade celler ställs laddaren in på den av tillverkaren rekommenderade laddspänningen multiplicerat med antalet seriekopplade celler.

I Fig 1 nedan visas ett batteri med 4st celler som skall laddas med 2,25Volt/cell dvs. totalt 9.00Volt. Totalspänningen och därmed den genomsnittliga cellspänningen bestäms av laddaren, men ingen cell håller den rekommenderade laddspänningen om 2,25Volt. Batteritillverkaren anger därför även hur mycket spänningen i enskild cell får avvika från genomsnittet, ett vanligt värde är +-0.10Volt. I det här fallet betyder det att alla cellspänningar skall vara inom intervallet 2.15 till 2.35 Volt. Vilket de är.

Fig 1. Batteri med normal spridning av cellspänningarna.

I Fig 2 nedan visas samma batteri men med ett fel i cell #3 som har medfört att cellen har fått ökad inre resistans. Det ökade motståndet gör att även spänningen över cellen ökar, i det här fallet med 0,30Volt. De övriga cellerna får då 0.10Volt lägre laddspänning vardera. Cell #3, som ändå är förstörd, börjar att gasa vilket innebär att vattnet i elektrolyten omvandlas till explosiv vätgas som läcker ut i rummet. Om inte felet upptäcks i tid så kommer också cell #1 och #4 att förstöras på grund av att de får för låg laddspänning varvid hårda blysulfatkristaller bildas på plattorna. Cell #2 klarar sig bra ända tills allt vatten förbrukats i cell #3.

Fig 2. En förhöjd cellspänning medför sänkt spänning till övriga celler.

I det här fallet skulle ett övervakningssystem ge ett larm redan när spänningen över cell #3 i Fig 2 översteg 2,35 Volt.

Vid underhållsladdning är det svårt att upptäcka fel i enskilda celler om man mäter över fler än en cell per mätkanal. Om cellerna i Fig 2 grupperas två och två blir medelspänningen i grupp 1 (cell #1 och #2) 2.15Volt och i grupp 2 (cell #3 och #4) 2.35Volt. Båda dessa värden är inom den tillåtna marginalen och måste därför godkännas.

Av ovanstående exempel framgår det

• att bara mäta totalspänningen över batteriet ger ingen information alls om tillståndet i de individuella cellerna.
• att mäta spänningen över en grupp av celler endast ger medelvärdet av cellspänningarna inom gruppen.
• att mäta alla individuella cellspänningar i batteriet är enda sättet att garantera varje cell får rätt spänning.