Типы аккумуляторов

Типы аккумуляторов.

Краткая таблица для быстрого выбора типа аккумулятора. В основном будет обзор по типу свинцово-кислотных аккумуляторов как найболее популярных. А вот более детально будет дальше…

Тип аккумулятора

ЭДС (Вольт)

Циклов заряд-разряд

Энг. Плотн. Вт*ч/кг

Внутр. Сопр. мОм/1Ач

Ток разряд. относ. ёмк. C

Ток заряда.

С

Рабочая темп.

(Цельс.)

Саморазряд

%/время/Т

Свинцово-кислотный

(Lead-Acid)

Норм: 2.11

Мин: 1.8

Макс: 2.17

До -20 % от С:

1200

30-60

0.1-0.15С

-40..+40С

40%/год/20С

15%/год/5С

95%/год/40С

Никель-кадмиевый

(NiCd)

Норм: 1.2

Макс: 1.35

Мин: 1.0

100-9000

45-65

Норма = 0.1С

0.1-1С

-50..+40С

-5..8%/24ч после заряд-10%/мес.

Никель-маталл-гидридный

(NiMH)

1.25В

300-500

150

0.05-0.1C

-60..+55С

-5..10%/24ч после заряд

-0.5%/день.

Литий-ионный

(Li-Ion)

Норм: 3.6

Мин: 2.8

Макс: 4.2

до -20 % от C:

1000-5000

110-230

5-15

Пост < 65C

Имп < 500C

Norm = 1C

0.5-1С

-0С..+60С

3 % в мес./25С

Литий-полимерный

(Li-Pol)

3.7В

До -20 % от С:

500-600

1..10С

0.1С

-20..+40С

Через 2 года теряет около 20% ёмкости

Никель-цинковый

(NiZn)

Норма: 1.6

Мин: ?1.45

Макс: 1.78

250-370

255

0.05-0.1C

-30..+40С

Литий-фосфатный

(LiFePo4)

Норм: 3.3

Мин: 2.0

Макс: 3.65

До -20 % от С:

1000-2000

90-110

3-5 % в мес./25С

Тем мне менее, если будет время, то сделаю выборку так же и по другим типам.

А теперь детальнее про свинцово-кислотные аккумуляторы…

ГЛОССАРИЙ

Емкость (С) — энергия, которую способен отдать аккумулятор в нагрузку, выражаемая в ампер-часах (А·ч, мA·ч). Она будет больше при следующих условиях: меньшем токе разряда, разряде с меньшими перерывами, более высокой температуре окружающей среды, а также более низком конечном напряжении.

Номинальная емкость — номинальное значение емкости: количество энергии, которую способен отдать полностью заряженный аккумулятор при разряде в строго определенных условиях.

Саморазряд — потеря емкости в отсутствие внешнего потребителя тока. Срок службы батареи — наработка, при которой разрядная емкость сделается меньше определенной нормированной величины, обычно оценивается рабочим количеством циклов «заряд-разряд».

Срок хранения — максимальный период времени, в течение которого батарея может храниться при оговоренных условиях, не требуя дополнительной зарядки.


Свинцовый аккумулятор ( LeadAcidАКБ — Аккумуляторная Батарея )

Полезные ссылки:

http://www.elec.ru/viewer?url=/library/gosts_e51/gost_26881-86.pdf

www.mami.ru/science/autotr2009/scientific/article/s01/s01_24.pdf

http://www.solarhome.ru/ru/basics/batteries/ab_params.htm

Значения напряжения и емкости обычно входят в название модели батареи. Например: RA12200DG — батарея напряжением 12 вольт и емкостью 200 ампер*часов, гелевая, глубокого разряда. Это значит, что батарея может выдать в нагрузку энергию 12 х 200 = 2400 Вт*ч при 10 часовом разряде током в 1/10 от емкости. При больших токах и быстром разряде емкость батареи понижается. При меньших токах — обычно увеличивается. Это можно видеть на графике разрядных характеристик аккумуляторных батарей. Также, нужно смотреть на разрядные характеристики на конкретные батареи. Иногда производители в названии пишут завышенную емкость аккумулятора, которая имеет место только в идеальных условиях — так, например, делает Haze (у аккумуляторов Haze реальная емкость процентов на 10-20 ниже, чем указано в названии батареи).

При разряде током в 0,1 С время работы составляет 10 часов и батарея полностью выдаст в нагрузку аккумулированную энергию. При разряде током 2 С (в 20 раз большим) время работы будет около 15 минут (1/4 часа) и при этом батарея выдаст в нагрузку только половину аккумулированной энергии. При больших токах разряда это значение еще меньше. Зачастую в источниках бесперебойного питания аккумуляторные батареи работают в еще более тяжелых режимах, при которых токи разряда достигают 4 С. При этом время разряда сравнимо с 5 минутами и батарея выдает в нагрузку менее 40% энергии.

 

Емкость батареи

Количество энергии, которое может быть сохранено в батарее, называется ее емкостью. Она измеряется в ампер-часах.

Одна АБ емкостью 100 Ач может питать нагрузку током 1 А в течение 100 часов, или током 4 А в течение 25 часов, и т.п., хотя емкость батареи снижается при увеличении разрядного тока. На рынке продаются батареи емкостью от 1 до 2000 Ач.

Для увеличения срока службы свинцово-кислотной АБ желательно использовать только малую часть ее емкости до повторной зарядки. Каждый процесс разряда-заряда называется зарядным циклом, причем не обязательно полностью разряжать аккумулятор. Например, если вы разрядили аккумулятор на 5 или 10% и затем снова зарядили его — это тоже считается как 1 цикл. Конечно, количество возможных циклов будет сильно отличаться при различной глубине разряда (см. ниже). Если возможно использовать более 50% энергии, запасенной в АБ до ее заряда, без заметного ухудшения ее параметров, такая батарея называется батареей «глубокого разряда».

Можно повредить батареи, если перезарядить их. Максимальное напряжение кислотных АБ должно быть 2,5 вольта на элемент, или 15 В для 12-ти вольтовой батареи. Многие фотоэлектрические батареи имеют мягкую нагрузочную характеристику, поэтому при увеличении напряжения ток заряда снижается значительно. Поэтому всегда необходимо использовать специальный контроллер заряда для солнечных батарей. В случае применения ветроэлектрических станций или микроГЭС, такие контроллеры также обязательны.

 

Срок службы аккумуляторных батарей в циклах

Неправильно определять срок службы аккумуляторов в годах или месяцах. Срок службы батареи определяется числом циклов заряд-разряд и значительно зависит от условий ее эксплуатации. Чем глубже разряжается батарея, чем большее время она находится в разряженном состоянии, тем меньшее число возможных циклов работы.

Само понятие «количество рабочих циклов «заряда-разряда» аккумулятора» относительное, так как сильно зависит от различных факторов. Кроме того, значение количества рабочих циклов, например для одного типа аккумулятора, не является универсальным понятием, так как зависит от технологии, различной у каждого из производителей.

Срок службы аккумуляторов определяется в циклах, поэтому время работы в годах — приблизительное и рассчитано для типичных условий работы. Поэтому, если, например, в рекламе указано, что срок службы аккумуляторов составляет 12 лет, это значит, что производитель посчитал срок службы для буферного режима с средним числом циклов заряд-разряд 8 в месяц. Например, для AGM аккумуляторов Haze указывается срок службы 12 лет и максимальное число циклов 1200 при разряде на 20%. В год получается 100 таких циклов, в месяц — около 8.

Еще один важный момент — в процессе эксплуатации полезная емкость аккумулятора уменьшается. Все характеристики по количеству циклов обычно приводятся не до полной смерти аккумулятора, а до момента потери им 40% своей номинальной емкости. Т.е, если производителем приведено количество циклов 600 при 50% разряде, это значит, что через 600 идеальных циклов (т.е. при температуре 20С и разряде током одной величины, обычно 0,1С) полезная емкось аккумулятора будет 60% от начальной. При такой потере емкости уже рекомендуется замена аккумулятора.

Свинцово-кислотные АБ, предназначенные для использования в системах автономного электроснабжения имеют, срок службы от 300 до 3000 циклов в зависимости от типа и глубины разряда. В системах на базе ВИЭ батарея может разрядиться гораздо сильнее, чем при буферном режиме. Для обеспечения длительного срока службы, в типичном цикле разряд не должен превышать 20-30% емкости АБ, а глубокий разряд — не более 80% емкости. Очень важно сразу же после разряда заряжать свинцово-кислотные аккумуляторы. Длительное нахождение (более 12 часов) в разряженном или не полностью заряженном состоянии приводит к необратимым последствиям в аккумуляторах и снижению их срока службы.


Саморазряд

Явление саморазряда характерно в большей или меньшей степени для всех типов аккумуляторов и заключается в потере ими своей емкости после того, как они были полностью заряжены в отсутствие внешнего потребителя тока.

Для количественной оценки саморазряда удобно использовать величину потерянной ими за определенное время емкости, выраженную в процентах от значения, полученного сразу после заряда. За промежуток времени, как правило, принимается интервал времени, равный одним суткам и одному месяцу. Так, например, для исправных NiCD аккумуляторов считается допустимым саморазряд до 10% в течение первых 24 часов после окончании заряда, для NiMH – немного больше, а для Li-ION пренебрежимо мал и оценивается за месяц. Саморазряд в герметизированных свинцово-кислотных аккумуляторах значительно уменьшен и составляет 40% в год при 20 °С и 15% при 5 °С. При более высоких температурах хранения саморазряд увеличивается: при 40 °С батареи лишаются 40 % емкости за 4-5 месяцев.

Следует отметить, что саморазряд аккумуляторов максимален именно в первые 24 часа после заряда, а затем значительно уменьшается. Глубокий его разряд и последующий заряд увеличивают ток саморазряда.

 

Максимальные токи заряда и разряда

Токи заряда и разряда любой аккумуляторной батареи измеряются относительно ее емкости. Обычно для аккумуляторов максимальный ток заряда не должен превышать 0,2-0,3С. Превышение зарядного тока ведет к сокращению срока службы аккумуляторов. Мы рекомендуем устанавливать максимальный ток заряда не более 0,15-0,2С. Смотрите характеристики на конкретные модели аккумуляторов для определения максимального зарядного и разрядного токов.

 

«Береги честь смолоду, а свинцовый аккумулятор с момента покупки.»

Нельзя разряжать до ноля, так же как и нельзя перезаряжать — тогда вы работаете только с «активной массой» и не допускаете разрушения пластин.

Надо доливать воду — хотя-бы раз в год.

Вода все равно разлагается, а водород улетучивается даже сквозь материал баков…

 

 

Приближающимся к «идеалу» алгоритмом продлевающим максимально срок службы АКБ

Если написано что это Свинцовый Аккумулятор(СА) — то значит заряжать его можно только током 0.1-0.15С — т.е. для 10Ач СА можно ставить 1.0А или 1.2А но не больше. Ставя 2С и выше — вы провоцируете повышенный износ пластин и их разрушение, а также неравномерное использование активной массы — что приводит к «оплыванию» пластин и разрушению их целостности.

График зависимости между температурой и зарядным напряжением:

Выписка из книги

Форсированный или ускоренный режимы заряда свинцового АКБ.

Цель: — В краткий срок привести АКБ в рабочее состояние, до 16,3-16,4В.

I=0.1Q..1Q, и не более 1Q, при Т=20..35С (Цельсия), при Т=45С дать остыть!

Применяется один раз, так как изнашивает сильно АКБ при повторе.

Поддерживаемое напряжение 14,4-14,9В, для полной зарядки 16,3-16,9В.

 

Контрольно тренировочный цикл свинцового АКБ (КТЦ).

1) Полностью зарядить батарею.

2) Разрядить током 0,1Q до 10,2В

3) Вновь дать полную зарядку. Внимание: Каждый полный заряд отнимает 0,5-1% жизненного ресурса АКБ.

 

Заряд свинцового АКБ при постоянном напряжении:

Время заряда 24 часа. Степень заряда пропорциональна напряжению заряда.

12 В АКБ:

> 14.4В (24ч) -> 75%..85%

> 15.0В (24ч) -> 85%..90%

> 16.0В (24ч) -> 95%..97%

> 16.4В (24ч) -> 100%

В первый момент включения, заряжаемый ток может быть максимальным. Зависит от внутреннего сопротивления АКБ.

Ток во время заряда постепенно уменьшают до уровня 0.0А, при Uакб=14.1+0.1В. (или 14.5В) 90%..95%.

Заряжать полностью, свинцовый АКБ нельзя !!!

 

Заряд свинцовых АКБ ассиметричным током.

Наиболее эффективный способ борьбы с сульфотацией – поочередный заряд-разряд или пропускание через свинцовый АКБ так называемый ассиметричный ток. Этот способ называется – заряд свинцовых АКБ ассиметричным током.

Заряд свинцового АКБ импульсным током, пульсирующий и ассиметричный ток.

Заряд свинцового АКБ импульсным (пульсирующим) током.

Сз – ёмкость сообщаемая АКБ за время импульса t.

Пульсирующий ток у которого величина изменяется от 0 до Максимума.

 

Заряд свинцового АКБ ассиметричным (реверсным) током.

Способ позволяющий восстанавливать работоспособность засульфатированных АКБ и проводить профилактическую обработку исправных.

Cз – ёмкость сообщаемая свинцовому АКБ за время зарядного импульса tз

Ср – ёмкость сообщаемая свинцовому АКБ за время разрядного импульса tр

 

Заряд свинцовых АКБ по методу Вудбриджа (1953г), закон Ампер-Часа.

Величина тока заряда Iз, не должна превышать (в Амперах) величину, недостающей до полной ёмкости заряда АКБ (в Ампер-часах).

Ёмкость АКБ это заряд. В системе СИ измеряется в Кулонах(Кл). На практике используется внесистемная единица измерения – Ампер-час. -> 1А*1ч -> 3600Кл.

Реже используется энергетическая ёмкость – энергия. В системе СИ измеряется в Джоулях(Дж). На практике используется внесистемная единица измерения Ватт*Час. -> 1Вт*1ч -> 3600Дж.

КПД: порядка 80..90%

Хранение: Свинцово-кислотные аккумуляторы необходимо хранить только в заряжённом состоянии. При температуре ниже −20 °C заряд аккумуляторов должен проводиться постоянным напряжением 2,45 В/секцию 1 раз в год в течение 48 часов. При комнатной температуре — 1 раз в 8 месяцев постоянным напряжением 2,35 В/секцию в течение 6-12 часов. Хранение аккумуляторов при температуре выше 30 °C не рекомендуется.

 

Никель-маталл-гидридный аккумулятор ( NiMH АКБ — Аккумуляторная Батарея )

tз         – Время заряда = 1секунда.

tр         – Время разряда и измерения = 10..15 милисекунд.

tх+n    – Время холостого хода = 5..10 милисекунд.

Для фильтрации от сетевых помех нужно взять несколько выборок tх+n с последующей цифровой фильтрацией.

При T=45C(Цельсия) способный к зарядке АКБ лишь на 75% ёмкости, поэтому дозарядка (током 0.1С) должна быть при T=20..25C.

LiIon аккумулятор (литий-ионный)

Потеря ёмкости при хранении:

температура

с 40 % зарядом

со 100 % зарядом

 0 ⁰C 2 % за год 6 % за год
25 ⁰C 4 % за год 20 % за год
40 ⁰C 15 % за год 35 % за год
60 ⁰C 25 % за год 40 % за три месяца

Максимальный срок «жизни» Li-ion аккумулятора достигается при ограничении заряда сверху на уровне 95 % и разряда 15–20 %. Такой режим эксплуатации поддерживается системой контроля и управления BMS (СКУ), которая входит в комплект любого литий-ионного аккумулятора.

Оптимальные условия хранения Li-ion-аккумуляторов достигаются при заряде на уровне 40–70 % от ёмкости аккумулятора и температуре около 5 °C. При этом низкая температура является более важным фактором для малых потерь ёмкости при долговременном хранении.

Средний срок хранения (службы) литий-ионного АКБ составляет в среднем 36 месяцев, хотя может колебаться в интервале от 24 до 60 месяцев.

Согласно всем действующим регламентам хранения и эксплуатации литий-ионных аккумуляторов, для обеспечения длительного хранения необходимо подзаряжать их до уровня 70 % ёмкости 1 раз в 6–9 месяцев.

 

Добавить комментарий