Характеристики аккумуляторов • Ваш Солнечный Дом

• 1
  Емкость батареи

• 2
  Напряжение

• 3
  Степень заряженности

• 4
  Срок службы аккумуляторов

• 5
  Максимальные токи заряда и разряда

• 6
  Внутреннее сопротивление

• 7
  Саморазряд

• 8
  Харакеристики аккумуляторов: ГЛОССАРИЙ

Разрядные характеристики аккумуляторных батарей

Наиболее важными показателями качества АБ являются: емкость, напряжение, габариты, вес, стоимость, допустимая глубина разряда, срок службы, КПД, диапазон рабочих температур, допустимый ток заряда и разряда. Также, необходимо учитывать, что все характеристики производитель дает при определенной температуре — обычно 20 или 25 °С. При отклонениях от этого напряжения, характеристики меняются, и обычно в худшую сторону.

Значения напряжения и емкости обычно входят в название модели батареи. Например: RA12-200DG — 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 обычно в ампер-часах, хотя правильнее приводить значения в ватт-часах.

Заряд-разрядные кривые свинцово-кислотных аккумуляторов

Емкость (Вт*ч) = U*I*t

где U — напряжение аккумулятора, В; I — ток, который он может отдавать в течение времени t.

Так как обычно принимается, что для различных аккумуляторов напряжение одинаковое, то из формулы убирается напряжение, и остается емкость 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 3000 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 синцово-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.

Напряжение

Напряжение на аккумуляторе зачастую является основным параметром, по которому можно судить о состоянии и степени заряженности аккумулятора. Особенно это относится к герметизированным аккумуляторам, у которых не возможно измерить плотность электролита.

Напряжение при заряде, разряде и отсутствии тока очень сильно отличаются. Для определения степени заряженности аккумулятора измеряют напряжение на его клеммах при отсутствии как зарядного, так и разрядного токов в течение как минимум 3-4 часов. За это время напряжение обычно успевает стабилизироваться. Значение напряжения при заряде или разряде ничего не скажет от состоянии или степени заряженности АБ. Примерная зависимость степени заряженности аккумулятора от напряжения на его клеммах в режиме холостого хода, приведена в таблице ниже. Это типичные значения для стартерных аккумуляторов с жидким электролитом. Для герметизированных аккумуляторов (AGM и гелевых) обычно эти напряжения немного выше (нужно запрашивать производителя) — например, AGM батареи полностью заряжены, если напряжение составляет 13-13,2В (сравните с напряжением стартерных батарей с жидким электролитом 12,5-12,7В).

Степень заряженности

Степень заряженности зависит от очень многих факторов, и точно ее могут определить только специальные зарядные устройства с памятью и микропроцессором, которые отслеживают как заряд, так и разряд конкретного аккумулятора в течение нескольких циклов. Этот метод наиболее точный, но и наиболее дорогой. Однако он сможет сэкономить много денег при обслуживании и замене аккумуляторов. Применение специальных устройств, контролирующих работу аккумуляторов по степени их заряженности, позволяет очень сильно повысить срок службы свинцово-кислотных аккумуляторов. Ряд предлагаемых нами контроллеров для солнечных батарей имеют встроенные устройства вычисления степени заряженности аккумулятора и регулируют заряд в зависимости от ее величины.

Для определения степени заряженности можно использовать также следующие 2 упрощенных метода.

1. Напряжение на аккумуляторе. Этот способ наименее точный, но требует только наличия цифрового вольтметра, способного измерять десятые и сотые доли вольта. Перед измерениями нужно отсоединить от аккумулятора всех потребителей и все зарядные устройства и подождать как минимум 2 часа. Затем можно измерить напряжение на терминалах аккумулятора. Ниже в таблице приведены напряжения для аккумуляторов с жидким электролитом. Для полностью заряженной новой AGM или гелевой батареи напряжение составляет 13-13,2В (сравните с напряжением стартерных батарей с жидким электролитом 12,5-12,7В). По мере старения аккумуляторов это напряжение снижается. Можно измерять напряжение на каждой банке аккумулятора, чтобы найти неисправную банку (разделите напряжение для 12В на 6 для того, чтобы определить нужное напряжение на одной банке).
2. Второй метод определения степени заряженности — по плотности электролита. Этот метод подходит только для аккумуляторов с жидким электролитом.

Также, нужно подождать 2 часа перед измерениями. Для измерения используется ареометр. Обязательно наденьте резиновые перчатки и защитные очки! Держите рядом пищевую соду и воду на случай, если вода попадет на кожу.

100	12.70	25.40	1.265
95	12.64	25.25	1.257
90	12.58	25.16	1. 249
85	12.52	25.04	1.241
80	12.46	24.92	1.233
75	12.40	24.80	1.225
70	12.36	24.72	1.218
65	12.32	24.64	1.211
60	12.28	24.56	1.204
55	12.24	24.48	1.197
50	12.20	24.40	1.190
40	12.12	24.24	1.176
30	12.04	24.08	1.162
20	11.98	23.96	1.148
10	11.94	23.88	1.134

Срок службы аккумуляторов 

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.

Как определить, что аккумулятор уже близок к окончанию своего срока службы? Очень просто — у аккумулятора повышается внутреннее сопротивление, это приводит к более быстрому росту напряжения при заряде (и, соответственно, снижению времени, требуемого для заряда), и более быстрому разряду аккумулятора. Если заряд производится током, близким к предельно допустимому, умирающий аккумулятор будет нагреваться при заряде сильнее, чем раньше.

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.

Зарядные и разрядные характеристики сильно зависят от химического состава аккумулятора. Также, многое зависит от конструкции аккумулятора — объем электролита, толщина пластин, покрытия, плотность электролита и т.п. Некоторые аккумуляторы разработаны для разрядом малыми токами долгое время, другие могут работать при больших токах короткое время.

Ниже приведена таблица с типичными значениями основных параметров аккумуляторов. 

Внутреннее сопротивление

На максимальные токи заряда и разряда также влияет внутреннее сопротивление аккумулятора. Особенно важен этот показатель для высокотоковых аккумуляторов. Аккумулятор можно представить как источник тока и последовательное сопротивление. Чем больше внутреннее сопротивление, тем больше будет нагреваться аккумулятор и тем больше будет падать на нем напряжение.

Величина снижения напряжения на элементах аккумуляторной батареи при протекании токов, определяется внутренним сопротивлением элементов. Полное сопротивление свинцово-кислотного аккумулятора – это сумма таких величин, как сопротивление поляризации и омическое сопротивление. Омическое сопротивление является суммой сопротивлений сепараторов аккумулятора, электродов, положительного и отрицательного выводов, мостовых сварных соединений между элементами и электролита.

Условно, можно аккумулятор представить в виде двухполюсника с ЭДС (электродвижущей силой — напряжением без нагрузки) E и внутренним сопротивлением r. При этом предполагается, что часть ЭДС аккумулятора падает на нагрузке, а другая часть — на внутреннем сопротивлении аккумулятора. Иначе говоря, предполагается, что верна формула:

E = ( R + r ) * I

Внутреннее сопротивление свинцово-кислотных аккумуляторов

На сопротивление электродов оказывает влияние их конструкция, пористость, геометрия, конструкция решётки, состояние активного вещества, наличие легирующих компонентов, качество электрического контакта решёток и обмазки активной массы. При этом, как известно, у аккумуляторов большей емкости больше рабочая поверхность пластин и больше пространства для диффузии электролита внутри аккумулятора. Поэтому внутреннее сопротивление аккумуляторов большой емкости меньше, чем внутреннее сопротивление аккумуляторов меньшей емкости.

Кроме того, внутреннее сопротивление аккумуляторов зависит и от токов нагрузки. Например, внутреннее сопротивление аккумулятора при больших токах нагрузки в несколько раз меньше, чем внутреннее сопротивление того же аккумулятора при малых токах. В процессе разряда свинцово-кислотного аккумулятора на поверхности электродов выделяется сульфат свинца (PbSO4). Это плохой проводник, который существенно увеличивает сопротивление электродных пластин. Кроме того, сульфат свинца откладывается в порах активной массы пластин и существенно уменьшает диффузию серной кислоты из электролита в них.

Существенное влияние на сопротивление свинцово-кислотного аккумулятора оказывает и величина сопротивления электролита. Эта величина, в свою очередь, сильно зависит от концентрации и температуры электролита. Так, при уменьшении температуры сопротивление электролита растет и достигает бесконечности при его замерзании. И, наоборот, при высокой температуре скорость диффузии ионов электролита выше и внутреннее сопротивление аккумулятора ниже. Наиболее оптимальным значением является установленная производителем плотность электролита при температуре 20-25°С, при которой внутреннее сопротивление принимает минимальное значение. При уменьшении или увеличении плотности электролита его сопротивление увеличивается, а, следовательно, растет и внутреннее сопротивление аккумулятора.

Поскольку емкость аккумуляторной батареи связана с ее внутренним сопротивлением и, получив опытным путем значение внутреннего сопротивления, можно оценить и емкость самой аккумуляторной батареи. Так, если внутреннее сопротивление аккумуляторной батареи увеличилось в 2 раза, то можно предположить, что емкость аккумуляторной батареи уменьшилась примерно в 2 раза. Другими словами, внутреннее сопротивление батареи определяет ее способность отдавать в нагрузку большой ток. Эта зависимость подчиняется закону Ома. При низком значении внутреннего сопротивления батарея способна отдавать в нагрузку большой пиковый ток (без существенного уменьшения напряжения на ее выводах), а значит, и большую пиковую мощность, в то время как высокое значение внутреннего сопротивления приводит к резкому уменьшению напряжения на выводах батареи при резком увеличении тока нагрузки. Это приводит к тому, что внешне хороший аккумулятор не может полностью отдать запасенную в нем энергию в нагрузку.

Регулярность измерений внутреннего сопротивления обеспечивает возможность прогнозирования выработки ресурса аккумуляторной батареи, и планировать ее замену заблаговременно. Считается, что за 1 год сопротивление аккумуляторной батареи, при правильной эксплуатации, должно возрастать, исходя из срока службы, например, в 15 лет, не более, чем на 6-7%. Если скорость увеличения сопротивления элементов превышает ожидаемую, то анализируются условия эксплуатации аккумуляторной батареи, нагрузка, процесс подзаряда и другие. Элементы аккумуляторной батареи, сопротивление которых отличается от среднего, вычисляемого для всех элементов, более чем на 10% подвергаются тренировочному заряду, а, если он не дает нужного эффекта, считаются неисправными и нуждающимися в замене. Тренировочный заряд проводится не всех элементах аккумуляторной батареи от штатного зарядно-подзарядного устройства, а индивидуально, только тех элементов, которые в этом нуждаются, от переносного зарядного устройства. При обследовании аккумуляторной батареи кроме внутреннего сопротивления ее элементов измеряются сопротивления и межэлементных соединений. Это позволяет своевременно выявлять характерные дефекты, обусловленные коррозией токовыводов аккумуляторов.

Государственный стандарт ГОСТ Р МЭК 60896-2-99 «Свинцово-кислотные стационарные батареи. Общие требования и методы испытаний», соответствующий рекомендациям МЭК, предусматривает определение внутреннего сопротивления аккумуляторов по двум значениям разрядного тока и напряжения. При этом разрядный ток первой ступени выбирается в зависимости от тока десятичасового режима разряда и равен (4–6) I10, напряжение регистрируется на 20 секунде разряда. Ток второй ступени выбирается из расчета (20–40) I10, напряжение регистрируется на 5 секунде разряда. Далее линейной экстраполяцией определяются расчетная ЭДС и ток короткого замыкания аккумулятора. По полученным данным определяют внутреннее сопротивление аккумулятора. По этой методике проводят испытания многие отечественные аккредитованные специализированные испытательные центры и лаборатории, у которых оборудование позволяет провести это опытным путем.

Обычному пользователю при наличии специального оборудования достаточно измерить внутреннее сопротивление для оценки состояния аккумуляторной батареи в целом. В то же время на сегодняшний день самым объективным способом оценки состояния аккумуляторных батарей является их контрольный 20- или 10-часовой разряд в соответствии с данными тока разряда и конечного напряжения разряда разрядных таблиц завода-изготовителя.

Таким образом, внутреннее сопротивление аккумуляторных батарей является условной величиной. Свинцово-кислотный аккумулятор представляет собой нелинейное устройство, внутреннее сопротивление которого не остается постоянным, а меняется в зависимости от температуры, величины нагрузки, степени заряженности, концентрации электролита и прочих вышеперечисленных параметров. Поэтому для проведения точных расчётов аккумулятора желательно все-таки использовать разрядные кривые, а не величину внутреннего сопротивления.

Параметры проводимости АКБ рассчитывают, отталкиваясь от ЭДС, нагрузки и силы тока. В итоге можно получить условную, изменяющуюся величину, на которую влияют такие факторы:

• размеры и форма батареи;
• конструктивные особенности;
• текущее состояние электролита;
• наличие или отсутствие легирующих добавок;
• состояние контактов.

Особенно существенно на ВС влияет электролит. А именно его состав, концентрация, температурные характеристики.

График внутреннего сопротивления АКБ

Есть определённая зависимость между сопротивлением и составом электролитической массы:

• у свинцово-кислотных минимальные значения, они могут отдавать ток до 2,5 кА для запуска ДВС;
• самый низкий параметр внутреннего сопротивления у никель-кадмиевых батарей, который может сохраняться спустя 1 тысячу циклов разряда и заряда;
• у аккумуляторов типа NiMh сопротивление изначально выше, а спустя 300-400 циклов увеличивается;
• Li-ion находятся между 2 предыдущими батареями.

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.

Саморазряд аккумуляторов в основном обусловлен выделением кислорода на положительном электроде. Этот процесс еще больше усиливается при повышенной температуре. Так, при повышении окружающей температуры на 10 градусов по отношению с комнатной возможно увеличение саморазряда в два раза.

В некоторой степени саморазряд зависит от качества использованных материалов, технологического процесса изготовления, типа и конструкции аккумулятора. Потери емкости могут быть вызваны повреждением сепаратора, когда образования слипшихся кристаллов пробивают его. Сепаратором принято называть тонкую пластину, разделяющую положительный и отрицательный электроды. Это обычно происходит из–за неправильного обслуживания аккумулятора, его отсутствия или применения несоответствующих или некачественных зарядных устройств. У изношенного аккумулятора пластинки электродов разбухают, слипаясь друг с другом, что приводит к повышению тока саморазряда, при этом поврежденный сепаратор невозможно восстановить проведением циклов заряда/разряда.

Каргиев Владимир, «Ваш Солнечный Дом»
©При цитировании ссылка на эту страницу и на «Ваш Солнечный Дом» обязательна

Дополнительная информация по теме в Разделе «Библиотека«. Настоятельно рекомендуем почитать эту статью

Харакеристики аккумуляторов: 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.

Эта статья прочитана 140712 раз(а)!

• Путеводитель по теме «Аккумуляторы»

  10000

  Раздел «Основы — Аккумулирование энергии» Раздел «Оборудование — Аккумуляторы» Свинцово-кислотные аккумуляторы Литиевые аккумуляторы Раздел «Библиотека — про аккумуляторы» См. также полную карту нашего сайта со списком всех статей. Купить Аккумуляторы в нашем Интернет-магазине

• Руководство покупателя АКБ для систем электроснабжения

  10000

  Аккумуляторы для систем электроснабжения. Руководство покупателя В интернете есть много разрозненной информации по разным типам аккумуляторов, их возможностям, характеристикам, областям применения, достоинствам и недостаткам. При этом во многих случаях информация эта однобокая — связано это бывает или с недостаточными знаниями…

• Сравнение аккумуляторов

  10000

  Сравнение аккумуляторов различных производителей При проектировании системы автономного или резервного электроснабжения всегда стоит вопрос — какие аккумуляторы лучше выбрать? На рынке представлены множество брендов, типов, и моделей аккумуляторных батарей, и разобраться в них очень непросто. Часто наши клиенты задают вопрос…

• Аккумуляторы — FAQ

  10000

  Как правильно заменять аккумуляторные батареи, какое напряжение выдают аккумуляторы, что такое гелевый аккумулятор, в чем преимущества литиевых аккумуляторов, как соединять аккумуляторы параллельно и последовательно для увеличения емкости и напряжения — ответы на эти и другие часто задаваемые вопросы вы получите…

• Аккумуляторные батареи. Ликбез

  60

  Как продлить срок службы свинцово-кислотных аккумуляторов? Зачастую представляет определенные трудности использовать напрямую энергию, генерируемую солнечными, ветровыми или микрогидроэлектрическими установками. Поэтому электричество обычно сохраняется в специальных аккумуляторных батареях для последующего использования. Эти батареи очень часто работают по тому же принципу, что…

• Какая емкость АБ Вам нужна?

  50

  Какая емкость аккумуляторной батареи нужна в  системе электроснабжения? При расчете системы автономного или резервного электроснабжения очень важно правильно выбрать емкость аккумуляторной батареи. Специалисты компании «Ваш Солнечный Дом» помогут Вам правильно рассчитать необходимую емкость АБ для вашей энергосистемы. Для предварительного расчета…

Контрольно-тренировочный цикл аккумуляторных батарей | Wybor battery

24 октября 2019

Емкость аккумуляторных батарей измеряется в ампер-часах (Ач). При этом на корпусе батарей производители указывают номинальную емкость, которая не всегда равняется реальной. Последняя может отличаться от номинальной в пределах от 80% для отработавших определенный срок батарей до 110% и выше для новых вводимых в эксплуатацию. Это связано с тем, что в процессе эксплуатации реальная емкость постепенно меняется с сторону уменьшения ввиду воздействия таких факторов, как: условия эксплуатации, время эксплуатации, температурный режим эксплуатации режимы заряда и разряда, наличие и периодичность обслуживания и другие.

Как правило, аккумуляторные батареи считаются работоспособными до отдачи не менее 80% заявленной производителем номинальной емкости. Чтобы выявить этот предел работоспособности в процессе эксплуатации в течение всего срока службы необходимо периодически проводить проверку батарей на соответствие их заявленным характеристикам. Самый главный показатель здесь – это остаточная емкость аккумуляторов или, другими словами, фактическая, или как уже упоминалось ранее, реальная емкость на данный момент времени.

Для проведения контроля фактической емкости герметизированных свинцово-кислотных аккумуляторных батарей проводится так называемый контрольно-тренировочный цикл (КТЦ), который заключается в подключении контрольной нагрузки к батарее в соответствии с технической спецификацией и разрядными таблицами завода-изготовителя для данного типа батарей до нормативного допустимо полного разряда с последующей фиксацией емкости на данный момент времени.

Периодичность проведения КТЦ не регламентирована, но рекомендуется проводить с регулярностью не реже одного раза в год и по необходимости в тех случаях, когда требуется определить отдаваемую аккумуляторной батареей емкость или оценить пригодность ее к дальнейшей эксплуатации.

КТЦ рекомендовано проводить следующим образом.

Предварительно аккумуляторная батарея должна быть выдержана не менее 6 часов для выравнивания температуры элементов с окружающей средой помещения, где будет производиться КТЦ (20-25°С). Особенно это касается зимнего периода при отрицательных температурах.

Если температура в помещении находится в диапазоне от 18°С до 25°С, выходное напряжение зарядного устройства устанавливается равным номинальному значению зарядного напряжения, указанное производителем для данного типа аккумуляторных батарей. Точность поддержания величины зарядного напряжения при заряде должна быть не хуже ±1%. В большинстве случаев по предписанию производителей заряд батареи осуществляется постоянным напряжением 14,4-15,0В для 12-вольтовых моноблоков. Время заряда таким режимом составляет, как правило, не менее 10 часов. Ток заряда следует ограничить в пределах 0,1С10. Следует обратить внимание, что заряд необходимо провести полностью и без перерывов. Признаком окончания заряда батареи является снижение зарядного тока до величины, меньшей 1 мА на Ач номинальной емкости аккумулятора и ее стабилизации в течение последних 3 часов заряда.

Далее дать им в течение 1-2 часов отстояться для приведения повышенной температуры после заряда в нормальную в пределах 20-25°С и нормализации повышенного напряжения сразу после заряда в напряжение холостого хода (напряжение разомкнутой цепи).

После этого приступить к последующему контрольному разряду. Разряд осуществляется током 0,1С10 (или 0,1С20) до конечного напряжения 10,8 В (или 10,5 В) в зависимости от спецификации аккумуляторных батарей в соответствии с их разрядными таблицами постоянным током, представленными заводом-изготовителем, а также конечным напряжением разряда в соответствии с этими таблицами. Отданную аккумуляторной батареей емкость определяют умножением величины разрядного тока в амперах на время разряда в часах. Зафиксированная при этом снятая емкость представляет собой фактическую емкость батареи на данный момент времени.

В качестве примера можно рассмотреть вариант определения тока контрольного разряда герметизированной свинцово-кислотной аккумуляторной батареи CSB серии TPL121500 номинальным напряжением 12В номинальной емкости 150Ач. Исходя из данных таблицы завода-изготовителя ток разряда аккумуляторной батареи при 10-часовом цикле до конечного напряжения 1,80 В/Эл. должен быть равным 15,0 Ампер. Это и есть ток 0,1С10 для данной серии аккумуляторных батарей.

Учитывая, что в таблице конечное напряжение разряда указано в В/элемент, а батарея состоит из 6 элементов, то конечное напряжение для всей аккумуляторной батареи должно составлять 1,80 В/Эл. × 6 Эл. = 10,8 Вольта. То есть, это и есть то конечное напряжение до которого необходимо разряжать эту аккумуляторную батарею при проведении КТЦ.

После контрольного разряда батарею необходимо незамедлительно полностью зарядить в соответствии с Руководством по эксплуатации завода-изготовителя.

Таким образом, контрольно-тренировочный цикл позволяет не только осуществить контроль технического состояния аккумуляторных батарей и проверки отдаваемой ими емкости, но и «исправления» отстающих аккумуляторов.

Батарея считается работоспособной при отдаче на 1 цикле не менее 90-95% емкости от заявленной. Батареи выходят на свою проектную мощность после 3-5 циклов в циклическом режиме эксплуатации или через 3-6 месяцев эксплуатации в буферном режиме.

В дальнейшем в процессе эксплуатации батарея считается работоспособной до отдачи не менее 80% номинальной емкости.

BU-501: Основы разрядки — Battery University

Целью батареи является накопление энергии и высвобождение ее в нужное время. В этом разделе рассматривается разрядка при различных скоростях C и оценивается глубина разряда, до которой батарея может безопасно дойти. В документе также рассматриваются различные сигнатуры разряда и исследуется срок службы батареи при различных режимах нагрузки.

Преимущество электрохимической батареи по сравнению с другими устройствами накопления энергии заключается в том, что энергия остается высокой в ​​течение большей части заряда, а затем быстро падает по мере истощения заряда. Суперконденсатор имеет линейный разряд, а сжатый воздух и маховик-аккумулятор — это обратная сторона батареи, обеспечивающая наибольшую мощность в начале. На рисунках 1, 2 и 3 показаны смоделированные характеристики разряда накопленной энергии.

Большинство перезаряжаемых батарей могут быть кратковременно перегружены, но это должно быть кратковременно. Срок службы батареи напрямую зависит от уровня и продолжительности нагрузки, которая включает в себя заряд, разряд и температуру.

Любители дистанционного управления (RC) — это особая порода пользователей батарей, которые доводят до максимума толерантность к «хилым» высокопроизводительным батареям, разряжая их при температуре C 30°C, что в 30 раз превышает номинальную емкость. Настолько же захватывающим, как радиоуправляемый вертолет, гоночный автомобиль и быстрая лодка; ожидаемая продолжительность жизни пакетов будет короткой. Любители радиоуправления хорошо осведомлены о компромиссе и готовы как заплатить цену, так и столкнуться с дополнительными рисками безопасности.

Чтобы получить максимальную энергию на единицу веса, производители дронов тяготеют к батареям с высокой емкостью и выбирают Energy Cell. Это в отличие от отраслей промышленности, требующих больших нагрузок и длительного срока службы. Эти приложения выбирают более надежную силовую ячейку с уменьшенной емкостью.

Глубина разряда

Свинцово-кислотные разряды до 1,75 В/элемент; система на основе никеля до 1,0 В/ячейка; и большинство литий-ионных до 3,0 В / ячейка. На этом уровне тратится примерно 95 процентов энергии, и напряжение будет быстро падать, если разряд продолжится. Чтобы защитить батарею от чрезмерной разрядки, большинство устройств не допускают работу за пределами указанного конечного напряжения разрядки.

При снятии нагрузки после разряда напряжение исправной батареи постепенно восстанавливается и поднимается до номинального напряжения. Различия в сродстве металлов к электродам создают этот потенциал напряжения, даже когда батарея разряжена. Паразитная нагрузка или высокий саморазряд препятствуют восстановлению напряжения.

Высокий ток нагрузки, как в случае сверления бетона электроинструментом, снижает напряжение батареи, и пороговое значение напряжения конца разряда часто устанавливается ниже, чтобы предотвратить преждевременное отключение. Напряжение отсечки также должно быть снижено при разрядке при очень низких температурах, так как напряжение батареи падает, а внутреннее сопротивление батареи увеличивается. В таблице 4 показаны типичные значения напряжения в конце разряда для аккумуляторов различного химического состава.

Таблица 4: Номинальное и рекомендуемое конечное напряжение разряда при нормальной и большой нагрузке
Более низкое конечное напряжение разряда при высокой нагрузке компенсирует большие потери.

Чрезмерная зарядка свинцово-кислотного аккумулятора может привести к образованию сероводорода — бесцветного, ядовитого и легковоспламеняющегося газа с запахом тухлых яиц. Сероводород также возникает при разложении органических веществ в болотах и ​​сточных водах, присутствует в вулканических газах и природном газе. Газ тяжелее воздуха и скапливается на дне плохо проветриваемых помещений. Сначала сильный, но со временем обоняние притупляется, и жертвы не замечают присутствия газа. (См. BU-703: Проблемы со здоровьем при использовании батарей)

Что представляет собой цикл разрядки?

Под циклом разрядки/зарядки принято понимать полную разрядку заряженной батареи с последующей перезарядкой, но это не всегда так. Аккумуляторы редко бывают полностью разряжены, и производители часто используют формулу 80-процентной глубины разряда (DoD) для оценки аккумулятора. Это означает, что доставляется только 80 процентов доступной энергии, а 20 процентов остается в резерве. Циклирование батареи при менее чем полной разрядке увеличивает срок службы, и производители утверждают, что это ближе к реальному представлению, чем полный цикл, потому что батареи обычно перезаряжаются с некоторой оставшейся резервной емкостью.

Не существует стандартного определения цикла разрядки. Некоторые счетчики циклов добавляют полный счет, когда батарея заряжена. Интеллектуальной батарее может потребоваться 15-процентная разрядка после зарядки, чтобы пройти цикл разрядки; все, что меньше, не считается циклом. Батарея на спутнике имеет типичный DoD 30–40 процентов, прежде чем батареи будут перезаряжены в течение спутникового дня. Новый аккумулятор электромобиля может заряжаться только до 80 процентов и разряжаться до 30 процентов. Эта полоса пропускания постепенно расширяется по мере разрядки батареи, чтобы обеспечить одинаковое расстояние вождения. Избегание полной зарядки и разрядки снижает нагрузку на батарею. (См. также BU-1003: Электромобиль)

Гибридный автомобиль использует только часть емкости во время ускорения до перезарядки аккумулятора. Запуск двигателя транспортного средства потребляет менее 5 процентов энергии от стартерной батареи, и в автомобильной промышленности это также называется циклом. Ссылка на количество циклов должна быть сделана в контексте соответствующей обязанности.

Ссылка на цикл разрядки или количество циклов не одинаково хорошо относится ко всем применениям аккумуляторов. Одним из примеров, когда подсчет циклов разрядки не точно отражает состояние жизненного цикла, является устройство хранения (ESS). Эти батареи дополняют возобновляемые источники энергии ветра и фотогальванических элементов, обеспечивая краткосрочную энергию, когда это необходимо, и сохраняя ее в избытке. Продолжительность времени между зарядом и разрядом может быть в миллисекундах; типичный уровень заряда батареи составляет 40–60%. Вместо подсчета циклов в качестве средства измерения износа можно использовать подсчет кулонов.

Аккумуляторы в портативном мире

Материал по Battery University основан на незаменимом новом 4-м издании « Аккумуляторы в портативном мире — Справочник по перезаряжаемым батареям для не инженеров », которое можно заказать на Amazon. .ком.

Параметры зарядки и разрядки батареи

Основная функция батареи в фотоэлектрической системе — обеспечивать питание, когда другие источники энергии недоступны, и, следовательно, батареи в фотоэлектрических системах будут испытывать непрерывные циклы зарядки и разрядки. На все параметры батареи влияет цикл зарядки и перезарядки батареи.

Состояние заряда батареи (BSOC)

Ключевым параметром батареи, используемой в фотоэлектрической системе, является состояние заряда батареи (BSOC). BSOC определяется как доля общей энергии или емкости батареи, которая была использована, по сравнению с общей суммой, доступной от батареи.

Состояние заряда батареи (BSOC или SOC) показывает отношение количества энергии, запасенной в данный момент в батарее, к номинальной номинальной емкости. Например, для батареи с 80% SOC и емкостью 500 Ач энергия, запасенная в батарее, составляет 400 Ач. Распространенным способом измерения BSOC является измерение напряжения батареи и сравнение его с напряжением полностью заряженной батареи. Однако, поскольку напряжение батареи зависит от температуры, а также от уровня заряда батареи, это измерение дает лишь приблизительное представление о степени заряда батареи.

Глубина разрядки

Во многих типах аккумуляторов полная энергия, хранящаяся в аккумуляторе, не может быть извлечена (другими словами, аккумулятор не может быть полностью разряжен) без причинения серьезного и часто непоправимого повреждения аккумулятору. Глубина разряда (DOD) батареи определяет долю мощности, которая может быть изъята из батареи. Например, если DOD батареи указан производителем как 25%, то нагрузка может использовать только 25% емкости батареи.

Почти все батареи, особенно для возобновляемых источников энергии, оцениваются по емкости. Однако фактическая энергия, которую можно извлечь из батареи, часто (особенно для свинцово-кислотных батарей) значительно меньше номинальной емкости. Это происходит потому, что, особенно для свинцово-кислотных аккумуляторов, извлечение из аккумулятора полной емкости резко сокращает срок службы аккумулятора. Глубина разряда (DOD) — это часть емкости батареи, которую можно использовать от батареи, и она указывается производителем. Например, батарея 500 Ач с глубиной разряда 20% может обеспечить только 500 Ач x 0,2 = 100 Ач.

Ежедневная глубина разрядки

Помимо указания общей глубины разрядки, производитель батареи также обычно указывает дневную глубину разрядки. Ежедневная глубина разряда определяет максимальное количество энергии, которое может быть извлечено из батареи в течение 24 часов. Как правило, в крупномасштабной фотоэлектрической системе (например, в удаленном доме) банк батарей по своей природе имеет такой размер, что ежедневная глубина разряда не является дополнительным ограничением. Тем не менее, в небольших системах, которые имеют относительно небольшое количество дней хранения, может потребоваться расчет дневной глубины разряда.

Скорость заряда и разряда

Обычный способ определения емкости аккумулятора — представление емкости аккумулятора как функции времени, необходимого для полной разрядки аккумулятора (обратите внимание, что на практике аккумулятор часто не может быть полностью разряжен). Обозначение для указания емкости батареи таким образом записывается как Cx, где x — это время в часах, необходимое для разрядки батареи. C10 = Z (также пишется как C10 = xxx) означает, что емкость батареи равна Z, когда батарея разряжается за 10 часов. При уменьшении вдвое скорости разрядки (и увеличении времени разрядки батареи вдвое до 20 часов) емкость батареи возрастает до Y. Скорость разряда при разрядке батареи за 10 часов находят путем деления емкости на время. Следовательно, C/10 — это скорость заряда. Это также может быть записано как 0,1C. Следовательно, характеристика C20/10 (также обозначается как 0,1C20) представляет собой скорость заряда, полученную, когда емкость батареи (измеряемая при разрядке батареи за 20 часов) разряжается за 10 часов. Такие относительно сложные обозначения могут возникать, когда в течение коротких периодов времени используются более высокие или более низкие тарифные ставки.

Скорость зарядки в амперах выражается в количестве заряда, добавляемого батареей в единицу времени (т. е. в кулонах/сек, что является единицей измерения ампер). Скорость заряда/разряда можно указать напрямую, указав силу тока – например, аккумулятор можно заряжать/разряжать при токе 10 А. Однако чаще скорость зарядки/разрядки задают, определяя время, необходимое для полностью разрядить батарею. В этом случае скорость разряда определяется емкостью батареи (в Ач), деленной на количество часов, необходимых для зарядки/разрядки батареи. Например, батарея емкостью 500 Ач, которая теоретически разряжается до напряжения отключения за 20 часов, будет иметь скорость разряда 500 Ач/20 ч = 25 А. Кроме того, если батарея представляет собой батарею 12 В, то мощность подается на нагрузку 25А x 12В = 300Вт. Обратите внимание, что аккумулятор только «теоретически» разряжается до максимального уровня, поскольку большинство практических аккумуляторов не могут быть полностью разряжены без повреждения аккумулятора или сокращения срока его службы.

Режимы зарядки и разрядки

Каждый тип батареи имеет определенный набор ограничений и условий, связанных с ее режимом зарядки и разрядки, и многие типы батарей требуют определенных режимов зарядки или контроллеров заряда.