Аккумуляторные батареи. Ликбез

Как продлить срок службы свинцово-кислотных аккумуляторов?

An assortment of storage 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 и обычные автомобильные стартерные батареи, однако они спроектированы специально для использования в системах автономного электроснабжения. Стартерные батареи рассчитаны на то, чтобы выдавать большие токи (сотни ампер) в течение очень короткого промежутка времени (несколько секунд) для того, чтобы запустить двигатель машины. Они не подходят для использования в системах автономного электроснабжения, потому что рассчитаны на то, чтобы сразу заряжаться после разряда (после запуска двигателя начинает работать электрический генератор, который подзаряжает аккумуляторную батарею) и основное время работы быть постоянно полностью заряженными. Срок их службы будет очень маленьким, если эти батареи будут работать в режиме регулярного глубокого разряда (то есть, когда большая часть энергии АБ используется до того, как начнется заряд) — такие режимы называются «циклическими».

Специальные батареи для использования в системах автономного электроснабжения часто собираются из отдельных аккумуляторов с напряжением 2 вольта, соединённых вместе. АБ меньшей емкости с напряжением 6 и 12 вольт также используются. Наиболее распространённым типом АБ являются свинцово-кислотные, как с жидким электролитом, так и герметичные (в последнее время становятся все более популярными вследствие снижения цены и эксплуатационного удобства). Иные типы батарей (щелочные, литиевые) рассматриваются в других статьях нашего сайта — см. раздел «Библиотека-про аккумуляторы» и «Основы-Аккумулирование энергии«.

Основные параметры АБ

Основные параметры рассмотрены в статье «Характеристики аккумуляторов«. Здесь мы рассмотрим влияние режимов эксплуатации на срок службы свинцово-кислотных аккумуляторов.

Срок службы

Для увеличения срока службы АБ желательно использовать только малую часть ее емкости до повторной зарядки. Каждый процесс разряда-заряда называется зарядным циклом. Если возможно использовать более 50% энергии, запасенной в АБ до ее заряда, такая батарея называется батареей «глубокого разряда».

Зависимость количества рабочих циклов заряд-разряд от глубины разряда

Свинцово-кислотные АБ, спроектированные для использования в системах автономного электроснабжения, имеют срок службы от 500 до 5000 циклов. Количество рабочих циклов зависит от глубины разряда, эти зависимости приводятся в спецификациях на аккумуляторы. На рис. справа приведена типовая зависимость количества циклов от глубины разряда в цикле (DOD). Для обеспечения длительного срока службы, обычный цикл должен быть менее 20% емкости АБ, а глубокий разряд — не более 80% емкости.

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. Это напряжение при нормальной температуре +20°С, его нужно увеличивать при заряда аккумулятора при низких температурах. 

О проблемах, влияющих на реальный срок эксплуатации свинцовых аккумуляторов

Несмотря на множество технологических решений, внедренных в свинцово-кислотные аккумуляторные батареи за 150 лет с момента изобретения технологии химической аккумуляции, срок службы АБ до сих пор во многом зависит от эксплуатационной нагрузки. Рассмотрим их по порядку:

1. Первым определяющим фактором является степень разряда аккумуляторов. Свинцовые аккумуляторы не терпят хранения в разряженном состоянии. Кроме того, при падении заряда ниже 20% активизируется процесс образования нерастворимых соединений серы, которые, в первую очередь, сказываются на емкости АБ. Помимо этого, реакция сульфатации способствует выделению влаги, которая обеспечивает постоянное снижение концентрации кислоты. Если же аккумулятор некоторое время будет находиться в состоянии глубокой разрядки, начнется необратимый процесс образования сульфатов и, соответственно, необратимого снижения реальной емкости АБ относительно паспортной.

Зависимость глубины разряда от напряжения и тока разряда для типичного свинцово-кислотного аккумулятора

Обратите внимание, что разряд малыми токами приводит к глубокому разряду аккумулятора даже при достижении относительно высокого напряжения. Например, разряжая АБ до 11,5 В можно разрядить его примерно на 80%. См. график зависимости глубины разряда, напряжения и тока разряда для типичного свинцово-кислотного аккумулятора.

Наоборот, при разряде большими токами допускается разряжать АБ до более низкого напряжения — 9,5-10В, при этом его разряд будет процентов 50-60.

Поэтому, чтобы гарантированно не разряжать АБ ниже, чем на 30%-40% надо установить отключение потребления при напряжении 11,5 В. Обычно такое напряжение и установлено по умолчанию в солнечных контроллерах.

таблица

Однако, помните, что если общая ёмкость АБ будет маленькой относительно нагрузки (например, в несколько кВт), то напряжение на АБ может в этом случае очень быстро просесть до 11,5 В и инвертор отключится. Чтобы такого не произошло, необходимо выбирать емкость АБ достаточно большой. Наши специалисты помогут вам подобрать оптимальную емкость АБ в зависимости от мощности вашей нагрузки.

Нахождение свинцово-кислотных аккумуляторов в разряженном состоянии (более чем на 80%) в течении более, чем 12 часов недопустимо и приводит к необратимой потере емкости аккумуляторов. Не боятся нахождения в разряженном состоянии литиевые и щелочные аккумуляторы, но они существенно дороже.

2. Другим определяющим фактором для времени жизни АБ, можно назвать температуру электролита. В случае обычных кислотных аккумуляторов, эксплуатация при повышенной на 10 градусов температуре ведет к сокращению срока службы вдвое (современные качественные АБ не столь чувствительны к этому параметру, но эффект снижения срока службы при повышении температуры всегда есть). Поэтому, нельзя располагать АБ на нагревающихся чердаках, нежелательно и в одном помещении с электрогенератором, т.е. там, где может быть температура сильно выше 25С. Идеальное место – подвал, техподполье, или подсобка/коридор с северной стороны здания.

3. Для долголетия аккумуляторов, необходим и регулярный 100% заряд, что затруднительно обеспечить, если сетевого электричества 220 В нет вообще и если для заряда использовать только мини электростанцию. Ниже приведен стандартный график заряда кислотного АБ (у разных типов АБ конкретные значения могут немного варьироваться, но достаточно близко).

таблица

Зона окрашенная жёлтым цветом, это 80% энергии необходимой для заряда. Она передаётся на первых ступенях заряда от миниэлектростанции, в течении первых 6 часов, и, заряжает АКБ, соответственно, на 80%.

Но чтобы зарядить АБ на все 100%, необходимо заряжать их ещё, как минимум, в течении 6-7 часов, причём при этом, в АБ передастся лишь 20% энергии (зона окрашенная розовым цветом).

Получается, что для 100% заряда АБ, надо чтобы электростанция работала как минимум 12–14 часов, причём последние 7 часов, если не нагружать её дополнительными нагрузками, практически вхолостую. Конечно, это возможно, — хоть и большинство миниэлектростанций имеют воздушное охлаждение и требуют перерыва после 6 часов работы, — можно сделать перерыв 1час и продолжить заряд. Но топливо, при этом, будет расходоваться не эффективно.

Лучший выход из положения для автономных систем – установить солнечные панели и/или ветрогенератор. Ведь почти всё необходимое для их эксплуатации уже имеется (АБ и инвертор и резервный электрогенератор). Солнечные панели и/или ветрогенератор позволят в определённые моменты времени (когда нагрузка мала, а солнце/ветроресурсы имеются) зарядить АБ на 100%. Пусть это будет даже не каждый день, но и раз в неделю подобный 100% заряд будет полезен. При достаточной их мощности, система сможет выдавать электричество практически вообще без включения генератора.

Другой, компромиссный вариант, — это хотя бы раз в 2 недели проводить 13 часовую, 100% зарядку от бензо/дизель/газо генератора (при необходимости понижая в инверторе зарядные токи), а в остальное время ограничиваться 80% зарядом.

Можно, конечно, поставить и два комплекта АБ, подзаряжая внешним зарядным устройством, подключённым к выходу 220 В от инвертора, отдыхающий комплект АБ. Однако, это решение по стоимости сопоставимо с первым вариантом, и менее разумно — дополнительные АБ, в отличие от солнечных панелей и ветрогенератора, не используются, а «отдыхают». При этом на заряд второго комплекта аккумуляторов расходуется энергия первого комплекта аккумуляторов, при этом есть потери как в зарядном устройстве (около 20-25%), так и в самом аккумуляторе (эффективность заряда свинцово-кислотных аккумуляторов составляет около 80%, что означает потери около 20%).

Аккумуляторам вреден и постоянный длительный перезаряд (заряд повышенными токами, и высокое напряжение конца заряда, и высокое напряжение буферного поддержания). Поэтому, эти параметры устанавливают в соответствии с паспортом АБ.

4. Спустя несколько лет после начала эксплуатации АКБ (а в зависимости от качества аккумуляторов, бывает и через год-другой), может возникнуть разбалансировка аккумуляторов. Это явление проявляется в том, что, допустим, в цепочке из двух последовательно соединённых АБ, на одном аккумуляторе устанавливается напряжение чуть ниже, а на другом – чуть выше среднего. В итоге, общее напряжение будет нормальным и инвертор проводит заряд до положенных значений напряжений. Тем не менее, одна АБ окажется недозаряжена, а другая перезаряжена.

Поэтому, раз в год желательно измерять цифровым тестером напряжения на каждой АБ. В случае их разбалансировки, проводят уравнительный заряд каждой АБ отдельно. Если же АБ герметизированные (в этом случае уравнительный заряд запрещён), то проводят восстановительный заряд/разряд (см. ниже, контрольно-тренировочный цикл) и полный заряд каждой АБ.

Для продления срока службы аккумуляторов и предотвращения их разбалансировка, последнее время все чаще применяются активные балансиры аккумуляторов. Они позволяют поддерживать напряжение на каждой АБ точно такой же, как и на остальных. Использование активных балансиров позволяет увеличить срок службы аккумуляторов в несколько раз. При этом следует различать активные и пассивные балансиры. Активные выравнивают напряжение как при заряде, так и при разряде аккумуляторов. Пассивные — только при заряде. Естественно, применение активных балансиров намного предпочтительнее.

О выравнивании заряда на каждом аккумуляторе

Уравнительный заряд применяют ТОЛЬКО для аккумуляторов с жидким электролитом.

Уравнительный заряд представляет собой избыточный заряд аккумулятора, выполняемый на аккумуляторах с жидким электролитом после их полного заряда, с возможной доливкой воды. Например, компания Trojan рекомендует проводить уравнительный заряд только в том случае, если у аккумуляторов низкая удельная плотность, менее 1.250, или удельная плотность колеблется в широком диапазоне, после полного заряда аккумулятора. Не следует проводить уравнительный заряд GEL или AGM аккумуляторов.

  • Необходимо удостовериться, что аккумулятор является аккумулятором с жидким электролитом (есть пробки для доливки воды).
  • Перед началом заряда проверить уровень электролита и убедиться, что пластины закрыты электролитом (при необходимости долить дистиллированной воды).
  • Удостовериться, что все защитные колпачки плотно закреплены на аккумуляторе.
  • Установить зарядное устройство в режим уравнительного заряда.
  • В процессе уравнительного заряда в аккумуляторах будет выделяться газ (будут всплывать пузырьки).
  • Измеряйте удельную плотность каждый час. Прекратить уравнительный заряд следует тогда, когда удельная плотность прекратит расти (обычно часа через 2, после достижения 15,5 В). При необходимости добавить дистиллированную воду.

ВНИМАНИЕ: Запрещается проводить уравнительный заряд на гелевых или AGM-аккумуляторах (т.к. используются повышенные напряжения и возможно частичное испарение воды и разложение ее на водород и кислород, и связанное с этим повышение давление и нарушение работы рекуперационных клапанов).

Ориентировочное время работы аккумуляторов на различные нагрузки:

таблица 1

Эта статья прочитана 2112 раз(а)!

Продолжить чтение

  • 71
    Основные характеристики аккумуляторов Для безопасной эксплуатации аккумуляторных батарей необходимо придерживаться следующих правил: Не создавать цепь короткого замыкания между клеммами батареи, поскольку значительный ток короткого замыкания заряженной батареи способен расплавить контакты клемм и нанести термический ожог. Не хранить аккумуляторные батареи в…
  • 66
    Какой тип аккумулятора выбрать - AGM, гелевый или с жидким электролитом? Определяющими факторами при выборе аккумуляторных батарей для вашей системы являются цена, условия, при которых будет работать батарея (температура, условия обслуживания, наличие специального помещения и т.п.), а также ожидаемый срок…
  • 61
    Зарядные устройства для  свинцово-кислотных аккумуляторов Для того, чтобы ваш аккумулятор прослужил как можно дольше, необходимо использовать качественные зарядные устройства. Стоит отметить, что если зарядные устройства аккумуляторов подобраны не верно, то срок службы аккумулятора может резко сократиться. Зарядные устройства высокого качества…
  • 53
    Технологии аккумулирования энергии в системах автономного электроснабжения По материалам сайта:modernoutpost.com В этой заметке содержатся общие советы по выбору аккумуляторов для систем с возобновляемыми источниками энергии. В заметке затронуты 3 основные технологии: литий-ионные, никель-металл-гидридные и свинцово-кислотные (AGM, или Gel). Мы постараемся…
  • 52
    Эксплуатационный ресурс герметичных свинцовых аккумуляторных батарей в составе электронного оборудования Мерунко Александр Анатольевич Технический директор ООО «Диск», г.Томск В настоящее время на потребительском рынке вторичных источников тока лидирующее положения (вследствие относительно низкой стоимости) занимают герметичные свинцовые аккумуляторные батареи. Их применяют…

Google рекомендует

Реклама

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *