Publicada em

03/07/2015

Elias Ferreira De Moraes

143 – Aspectos práticos da medição do coup de fouet em baterias chumbo ácido, utilizado como método rápido para determinação do seu estado de saúde

Resumo

O coup de fouet é um fenômeno particular que acontece em baterias chumbo ácidas. Este fenômeno é observado na curva tensão x tempo, no início de descargas galvanostáticas, e há diversos estudos que sugerem o uso de seus parâmetros característicos para a avaliação do estado de carga e estado de saúde dessas baterias. Atualmente, o único método realmente confiável para medir o estado de saúde de uma bateria é uma descarga completa, que pode durar até 20 h. Por este motivo, métodos classificados como rápidos são de grande interesse, mas carecem de desenvolvimento e demonstração. Uma necessidade é garantir que a medida rápida seja influenciada apenas pelo estado de saúde da bateria e não pelo seu histórico recente. Esta necessidade é o principal fator motivador para este trabalho que consiste na avaliação do coup de fouet em baterias submetidas à sobrecarga e repouso em condições controladas.  O objetivo geral foi avaliar como as condições impostas à bateria, antes da medida do coup de fouet, (tempo de repouso e sobrecarga, neste caso) influenciam os parâmetros característicos do mesmo (potenciais Ev e Ep/ instantes tv e tp) e a inter-relação entre estes parâmetros e o estado de saúde da bateria. A metodologia em estudo foi testada para baterias tipo chumbo – ácida regulada por válvula comum no mercado. Estas foram submetidas à carga e descarga com corrente constante. Através dos experimentos foi possível observar que tanto a sobrecarga como o tempo de repouso exercem influência sobre os parâmetros do fenômeno. O potencial de mínimo Ev diminui com o tempo de repouso, podendo ser um indicativo de estado de carga da bateria, porém não é possível estabelecer um valor absoluto para este parâmetro visto haver grande variação entre distintos vasos. Outro ponto observado é que a amplitude do coup de fouet (ΔE) em função do tempo de repouso diminui no início, mas tende a restabelecer para pausas acima de 10 horas. Quanto à influência da sobrecarga, Ev também decresce para sobrecargas de 0 a 200 minutos de duração, porém reflete uma tendência de estabilização a partir de sobrecargas de 300 minutos. A amplitude, por sua vez, tende a aumentar com o aumento do tempo da sobrecarga. Sobre os resultados de envelhecimento dos vasos, foram realizados ciclos com 3 h de sobrecarga, para padronizar, e acompanhou-se a capacidade da mesma, observando uma esperada queda no valor deste parâmetro. Observou-se que os parâmetros tp e tv não demonstram qualquer dependência para os experimentos considerados. Avaliou-se também o comportamento da resistência interna para vasos e observou-se que os parâmetros são baixos no início do experimento e que aumentam com o envelhecimento da bateria, acompanhando a diminuição de capacidade da mesma. Estes fatos estão de acordo com os estudos que já foram feitos neste sentido, entretanto verifica-se que, considerando os parâmetros do coup de fouet, ΔE tem uma relação marcada com o envelhecimento, podendo inclusive indicar uma degradação irreversível antes mesmo que a capacidade e a resistência interna (isto dentro do regime considerado). Enfim, os resultados apresentados sugerem que a implementação de um método para estimativa do estado de saúde de baterias baseado nestes parâmetros, devem levar em conta a evolução do histórico dos parâmetros do coup de fouet, pois estes não são absolutos, variando de bateria a bateria. Em outras palavras, o comportamento do coup de fouet depende consideravelmente do histórico recente da bateria.

Abstract

The “coup de fouet” is a particular phenomenon that happens in lead acid batteries. This phenomenon is observed in the voltage versus time curve at the beginning of a galvanostatic discharge, and there are several studies that suggest the use of its characteristic parameters for assessing the state of charge and state of health of these batteries. Currently, the only truly reliable method to measure the state of health of a battery is a complete discharge, which can last up to 20 hours. For this reason, methods classified as fast are of great interest, need of development and demonstration. It is necessary to ensure that a so called fast measurement is influenced only by the state of health of the battery and not by its recent history. This need is the main motivating for this work, ant its main objective is to assess the “coup de fouet” in batteries subjected to overcharge and rest in controlled conditions. The overall objective was to evaluate how the conditions imposed on the battery just previous to the the coup de fouet measurement, (rest time and overcharge in this case) influence its characteristics parameters (Ep and Ev potential / tv and tp moments) and the inter-relationship between these parameters and the state of health of the battery. The study methodology was tested for valve – regulated lead acid batteries common on the market. These were subjected to charging and discharging with constant current. Through experiments it was observed that both the overcharge and the rest time exert influence on the parameters of the phenomenon. The minimum potential Ev decreases with increasing the rest time, and could be considered to be a battery charge status indicator, but it’s not possible to establish an absolute relationship for this parameter and the state of health (SoH), since there is wide variation between different cells. Another point observed is that the amplitude of the coup de fouet (ΔE) decreases by increasing the rest time, but tends to restore after pauses greater than 10 hours. As for the influence of overcharge duration, Ev also decreases to overcharges from 0 to 200 minutes long, but reflects a stabilization trend after 300 minutes of overcharge. The amplitude, in turn, tends to increase with increasing the time of overcharging. On the results of battery aging testes, the cells were submitted to charge discharge cycles including 3 hours overcharging, to standardize. The battery’s capacity was measured during the cycles, and it decreased as expected and it was observed a drop of this parameter. It was observed that the tp and tv variations didn’t show any pattern on the considered experiments. The cells’ internal resistance were measured during aging experiments and it has been observed that the parameters are low at the beginning of the experiment and increase during aging, as expected. A similar pattern was observed for the coup the fouet’s amplitude variation during battery aging, but with a sharp increase just before the battery reached the end of its cycle life. Ultimately, the results suggest that the implementation of a method to estimate the battery state of health based on these parameters, must take into account the evolution of the history of the “coup de fouet” parameter, because this parameters are not absolute, ranging from battery to battery . In other words, the “coup de fouet” behavior greatly depends on the recent history of the battery.

 

Data da defesa: 03/07/2015

Banca Examinadora

Orientador(a): Juliano de Andrade (Lactec)
Membro da Banca: Rogers Demonti (Lactec)
Membro da Banca: Marcos Vinicio Haas Rambo (COPEL)

Palavra(s)-Chave: Coup de Fouet. Bateria chumbo-ácida. Estado de saúde.

Keywords: Coup de fouet. Lead-acid battery.State-of-health.

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