Основы разрядных процессов электрических батарей



Основным назначением аккумулятора является хранение энергии и ее удобное предоставление в нужное время. В этом разделе будут рассматриваться нюансы разрядных процессов при различных значениях С-рейтинга [BU-402], например, такие как время автономной работы, допустимая глубина и сигнатура разряда.


Аккумуляторы EverExceed

 

Standard Range AGM Deep Cycle Range AGM Gellyte Range GEL
свинцово-кислотные аккумуляторы аккумуляторы для газового котла гелевые аккумуляторы 12 вольт 100 ач и 200 ач 
10 - 12 лет / 600 циклов 10 - 12 лет / 700 циклов 10 - 12 лет / 750 циклов
универсальная серия AGM для глубоких разрядов AGM универсальная серия GEL

Преимуществом электрохимических батарей перед другими устройствами накопления энергии является способность сохранения высокого уровня энергии в течение большей части заряда, но с быстрым падением при достижении определенного уровня. Суперконденсатор имеет линейное падение мощности, а зависимость использования сжатого воздуха имеет форму, обратную электрическим батареям, обеспечивая наивысший показатель мощности только в самом начале. На рисунках 1, 2 и 3 иллюстрируются смоделированные характеристики разрядных процессов вышеперечисленных источников энергии.

Основы разрядных процессов электрических батарей

Большинство аккумуляторов могут быть перегружены на короткое время, но нельзя этим злоупотреблять. Долговечность аккумулятора напрямую зависит от уровня и продолжительности таких процессов заряда и разряда, также большое влияние оказывает температура.

Радиоуправляемые модели – это особый сегмент устройств, который выдвигает специфические требования к аккумуляторным батареям, ведь скорость разрядки в них может достигать С-рейтинга 30С, что в 30 раз превышает номинальную емкость аккумулятора. За все приходится платить - эффектное использование радиоуправляемого вертолета или квадрокоптера подразумевает недолгую жизнь их источников питания. Но энтузиасты такой техники хорошо понимают эту зависимость и готовы идти на компромисс, ради особых мощностных характеристик приносят в жертву долговечность, стоимость и безопасность аккумулятора.


Аккумуляторы EverExceed GEL

 

Marin GEL Range Deep Cycle GEL Range Solar GEL Range
аккумулятор для электромотора аккумуляторы глубокого разряда аккумуляторы для солнечных батарей
10 - 12 лет / 800 циклов 10 - 12 лет / 800 циклов 10 - 12 лет / 800 циклов
для электромоторов лодок и катеров для глубоких циклических разрядов для солнечных электростанций

Для того, чтобы обеспечить максимально выгодное соотношение количества энергии на единицу веса, производители беспилотников используют элементы, оптимизированные под емкостные показатели. Это контрастирует со сферами, где необходимы высокие нагрузочные характеристики и длительный срок службы. Для таких нужд существуют элементы, оптимизированные под мощность, где показатели емкости являются несколько урезанными.

1. Глубина разряда

Свинцово-кислотные аккумуляторы разряжаются до 1,75 В на элемент; на основе никеля – до 1,0 В; а большинство литий-ионных - до 3,0 В. Такой уровень напряжения свидетельствует о том, что уже около 95 процентов энергии потрачено, и если дальше продолжать разрядку, то напряжение начнет снижаться крайне быстро. Чтобы защитить аккумулятор от такого чрезмерного разряда, большинство устройств имеют встроенные механизмы окончания его эксплуатации при определенном нижнем уровне напряжения.

При отключении нагрузки после разряда напряжение исправного аккумулятора постепенно восстанавливается и повышается к номинальному значению. Различие в сродстве электронов материалов электродов приводит к возникновению разницы потенциалов, даже когда аккумулятор разряжен. Паразитные нагрузки или высокий саморазряд могут препятствовать восстановлению напряжения.


Тяговые аккумуляторы Trojan (USA)

 

Trojan Marine RV AGM Deep Cycle Trojan GEL Deep Cycle
тяговые лодочные аккумуляторы 12 вольт Тяговые аккумуляторы agm Аккумуляторы для поломоечных машин
10 - 12 лет / 700 циклов 10 - 12 лет / 600 циклов 10 - 12 лет / 800 циклов
для речного и морского траспорта для электромоторов, солнечных электростанций, высоких нагрузок

Высокие нагрузочные токи, как в случае бурения бетона электроинструментом, снижают общее напряжение аккумуляторной батареи и порог разрядного напряжения часто устанавливается ниже для предотвращения преждевременного отключения. Напряжение отсечки также должно быть снижено при эксплуатации при низких температурах, так как общее напряжение аккумулятора падает, в то время как внутреннее сопротивление возрастает. В таблице 4 представлены стандартные значения порогового напряжения разряда различных электрохимических систем.

  Li-марганцевая Li-фосфатная Свинцово-кислотная NiCd/NiMH
Номинальное напряжение 3,60 В на элемент 3,20 В на элемент 2,00 В на элемент 1,20 В на элемент
Напряжение отсечки при нормальной нагрузке 3,00 В на элемент 2,70 В на элемент 1,75 В на элемент 1,00 В на элемент
Напряжение отсечки при повышенной нагрузке 2,70 В на элемент 2,45 В на элемент 1,40 В на элемент 0,90 В на элемент

Таблица 2: Номинальные и рекомендуемые напряжения отсечки при нормальных и высоких нагрузках. Более низкое напряжение отсечки при повышенных нагрузках компенсирует большие потери.

Чрезмерная зарядка свинцово-кислотного аккумулятора может привести к образованию сероводорода - бесцветного, токсичного и горючего газа с неприятным запахом. Обычно сероводород вырабатывается при распаде органических веществ в болотах и канализации, а также присутствует в вулканических и ископаемых газах. Этот газ тяжелее воздуха и может накапливаться в нижней части плохо вентилируемых помещений. Несмотря на специфический запах, обоняние человека со временем привыкает к нему, и вполне может произойти отравление. (Смотрите BU-703: Влияние электрохимических батарей на здоровье человека).


Контроль и защита аккумуляторов

 

Батарейный монитор Защита от глубокого разряда Батарейный балансир
Батарейный монитор Защита от глубокого разряда Стабилизатор тока заряда аккумулятора
контроль более 25 параметров, история и синхронизация защита от низкого и высокого напряжения, возможность регулировки для 12, 24, 36 и 48В систем, возможность параллельного подключения

2. Что представляет собой цикл разряда?

Под циклом заряда/разряда обычно понимается полная разрядка заряженного аккумулятора с последующей полной зарядкой, но это не всегда так. Аккумуляторы редко когда полностью разряжаются, и производителями часто используется 80-ти процентный уровень разрядки для оценки характеристик. Это означает, что аккумулятор оперирует только 80 процентами имеющейся энергии, остальные 20 остаются в резерве. Такой циклический режим работы с привлечением неполной емкости помогает увеличить общий срок службы аккумуляторной батареи.

Не существует стандартного определения, способного указать, что представляет собой цикл разрядки. Некоторые счетчики циклов воспринимают любой минимальный разряд полноценным циклом. В “умных” аккумуляторах со встроенными микроконтроллерами необходима единовременная как минимум 15-процентная разрядка для того, чтобы считаться полноценным циклом; все, что меньше, не учитывается как цикл. Аккумуляторы, используемые в спутниках, имеют типичную глубину разряда в 30-40 процентов, только по достижению которой инициируются зарядные процессы. В современном электротранспорте аккумуляторы имеют граничные значения допустимого разряда и заряда, 80 и 30 процентов соответственно. Эти граничные значения постепенно расширяются в процессе эксплуатации, так как ухудшение характеристик самого аккумулятора коррелирует с его возрастом. Сам же смысл этого ограничения состоит в том, чтобы уберечь аккумулятор от полной зарядки и разрядки, которые несут деградационный характер. (Смотрите BU-1003: Электротранспорт).


Зарядные устройства Blue Power (Голландия)

 

Blue Power IP20 Blue Power IP65 Blue Power IP67
Зарядное устройство для гелевых аккумуляторов Бестрансформаторное зарядное устройство водонепроницаемое зарядное устройство
12/24В, 15-40А 12/24В, 5-40А 12/24В, 5-15А
Профессиональные портативные зарядные устройства для транспорта и энергетики с интеллектуальным адаптивным алгоритмом заряда. Также могут применяться как источники питания.

В гибридных автомобилях используется только часть емкости аккумуляторов для помощи ускорению. Запуск двигателя стартерным аккумулятором потребляет менее 5 процентов емкости, но считается полноценным циклом. Выходит, что принцип подсчета циклов зависит от контекста сферы где аккумулятор собственно и эксплуатируется, и общей методики для абсолютно всех аккумуляторных батарей не существует.

Последнее обновление 2016-04-04


Рейтинг и отзывы: 1 1 1 1 1 5/5 на основе 1 голоса