Все выпуски  

Альтернативная энергетика и электротранспорт Аккумуляторные батареи


Уважаемые подписчики!

Несмотря на отпускную пору, решили порадовать вас очередной статьей. Казалось бы, какие статьи, когда так жарко?.. В Киеве температурный столбик добрался до 37 градусов в тени, в Штатах - сильнейшая засуха за последние 100 лет, в Гренландии за год растаяло 40% ледников... Климат стремительно меняется, и виноваты в этом мы сами - своей хищнической хозяйственной деятельностью мы наносим непоправимый урон природе. Пора остановиться. Пора переходить на альтернативные источники энергии, ездить на электротяге, кушать экологически чистые продукты... Или... всё же, - лучше холодного пивка в такую жару?.. - Отдыхаем, и читаем новую статью про аккумуляторы.

В этой статье мы подробно рассмотрим необслуживаемые свинцово-кислотные аккумуляторы, но вначале обсудим, какие вообще существуют аккумуляторные батареи (из широкораспространенных), чем они отличаются друг от друга?.. какие у них достоинства и недостатки?

SLA - Свинцовые, или свинцово-кислотные аккумуляторы. Наиболее распространенный тип аккумуляторов, которые используются в качестве стартовых в автомобилях, тяговых - на электротранспорте, в качестве накопителя энергии в альтернативных энергосистемах, как аварийные - в упсах, сигнализациях всех мастей, и т.д. Изобретены еще в середине позапрошлого века; широкое распространение получили благодаря невысокой стоимости, достаточно большой емкости, способности мгновенно выдать большой ток, что важно, например, при запуске автомобиля. Как видно из названия свинцово-кислотных аккумуляторов, внутри их содержится свинец и кислота (серная).

По типу исполнения свинцово-кислотные аккумуляторы делятся не обслуживаемые - с жидким электролитом внутри, и необслуживаемые - гелевые, AGM - которые, собственно, и используются в солнечной и ветряной энергетике, для питания электровелосипедов, электросамокатов, электроскутеров.

Но, кроме свинцово-кислотных аккумуляторов, где в качестве электролита используется раствор кислоты, есть еще щелочные аккумуляторы, где, соответственно, электролит - раствор щелочи. Главное отличие щелочных аккумуляторов от кислотных - способность постепенно отдавать заряд в течение длительного периода времени. Они не очень подходят для использования в качестве стартовых, где требуется отдать большой ток за несколько секунд, зато отлично работают в многочисленных мобильных устройствах (как правило, - литиевые аккумуляторы), где ток надо отдавать постепенно, но очень долго... Щелочные аккумуляторы - это широкая линейка различных типов аккумуляторов, построенных на различных принципах использования разных химических элементов. Поэтому щелочные аккумуляторы - очень разные... Кратко рассмотрим самые распространенные из них: никель-кадмиевые, никель-металл-гидридные, литий-ионные...

Ni-Cd - Никель-кадмиевые аккумуляторы. До недавнего времени - самый распространенный тип аккумуляторов, который использовался для питания мобильных телефонов, электронных игрушек, бытовых приборов, шуруповертов... они по-прежнему применяются в качестве источника питания шахтных электровозов, электроподъемников, радиостанций, а также для запуска авиационных двигателей. Никель-кадмиевые аккумуляторы надежны, долговечны, хорошо работают при низких температурах. Основной недостаток большинства никель-кадмиевых аккумуляторов - ярко выраженный «эффект памяти»: если такой аккумулятор начать заряжать, когда он еще не полностью разряжен, то он не зарядится до максимальной емкости ни в этот раз, ни в последующие циклы разряда/заряда.

Ni-MH - Никель-металлогидридные аккумуляторы. Емкость этих аккумуляторов примерно на треть больше, чем емкость никель-кадмиевых того же размера. Также обладают «эффектом памяти». Другой отличительной особенностью никель-кадмиевых и никель-металл-гидридных аккумуляторов является их способность долгое время держать постоянным напряжение на клеммах - вплоть до полного разряда. Это - плюс для них; минус - большой саморазряд, до 10% в месяц.

Li-ion - Литиевый, или литий-ионные аккумуляторы. На сегодня - самый перспективный тип аккумуляторов, которые уже повсеместно вытеснили никель-кадмиевые из мобильных телефонов, ноутбуков, планшетов, и все чаще применяются как источник питания электровелосипедов, электромобилей; как накопитель энергии - в альтернативной энергетике. Литиевые аккумуляторы отличаются высокой емкостью, имеют большой ресурс (срок службы), быстро заряжаются, имеют относительно малый вес, и способны работать при низких температурах. У литиевых аккумуляторов есть только два существенных недостатка - высокая цена, и необходимость иметь специальную (обычно - встроенную) систему контроля заряда/разряда (BMS), предотвращающую склонность литиевых аккумуляторов к самовозгоранию и даже взрыву при нарушении условий эксплуатации.

Основные электрические параметры аккумулятора - напряжение, электрическая емкость, внутреннее сопротивление, ток саморазряда, количество циклов заряда/разряда (срок службы). Неосновные, но весьма важные для потребителя - цена, вес, срок хранения. Наилучшими электрическими и потребительскими качествами (кроме стоимости) сегодня обладают литиевые аккумуляторы: они примерно в три раза легче свинцово-кислотных при той же емкости, имеют малый ток саморазряда, длительный срок службы, и очень быстро заряжаются.

Напряжение аккумулятора (одного элемента) варьируется от 1 до 3,5 Воль в зависимости от типа. Для достижения требуемого напряжения «банки» аккумуляторов соединяют в аккумуляторные батареи (последовательно) - на заводе-производителе, или же - самостоятельно. Внимание! - Соединять последовательно литиевые аккумуляторы без BMS-системы опасно! Стандартные напряжения аккумуляторных батарей - 6, 12, 24, 36, 48 В (самых распространенных).

Емкость аккумулятора - количество электрической энергии, которую запасает в себе полностью заряженный аккумулятор. Чем больше емкость, тем дольше, к примеру, проедет ваш электровелосипед без подзарядки.

Емкость измеряется в ампер-часах. Например, если емкость аккумуляторной батареи 9 А*ч, то это означает, что, будучи полностью заряженной, она может выдавать ток 9 А в течение часа, или 1 А в течение 9 часов. Заряженный аккумулятор теряет емкость в течение срока хранения: литиевые - очень мало, никель-кадмиевые - достаточно быстро... Со временем аккумулятор теряет способность запасать номинальную емкость (стареет) - это и определяет его срок службы.

Внутреннее сопротивление - редко измеряется в любительских условиях (требуется специальный прибор - анализатор аккумуляторов), однако, тем не менее, это один из важнейших параметров аккумулятора. Внутреннее сопротивление измеряется в миллиомах (мОм), и фактически является показателем здоровья (качества) аккумулятора. Аккумуляторы с большим внутренним сопротивлением являются или старыми, или неисправными, и не могут поддерживать требуемое напряжение на клеммах при повышении тока в нагрузке.

Саморазряд аккумулятора - с течением времени любой аккумулятор теряет емкость. Более всего аккумулятор самопроизвольно разряжается в первые 24 часа после зарядки; с повышением температуры саморазряд увеличивается. Обычно саморазряд оценивают за месяц, и для щелочных и кислотных аккумуляторов этот показатель может достигать 20%, при этом 10% своей энергии Ni-Cd аккумуляторы теряют в первые 24 часа... С увеличением температуры с 20 до 30 градусов саморазряд аккумуляторов может увеличиться в два раза.

Срок службы - количество циклов заряда/разряда, которые может выдержать аккумулятор без значительно ухудшения своих характеристик. Очень важный параметр. Например, в солнечной автономной энергосистеме количество и стоимость аккумуляторов весьма существенно влияет на стоимость всей системы; и если выбранные вами аккумуляторы смогут выдержать только 500 циклов заряда/разряда, то через полтора года их придется менять, а, значит, стоимость всей установки снова вырастет... Обычно аккумулятор меняют на новый, когда его емкость падает на 40% от максимальной; и срок службы зависит не только от количества циклов заряда/разряда, но и от того, насколько правильно мы заряжаем аккумулятор, от условий эксплуатации, от температуры окружающей среды, наконец, - от времени эксплуатации... Свинцово-кислотные аккумуляторы выдерживают от 500 до 1500 циклов заряда/разряда; литий-ионные - от полутора до нескольких тысяч, и даже десятков. На срок службы никель-кадмиевых, никель-металл-гидридных аккумуляторов оказывает влияние также эффект памяти.

Читать статью полностью - http://grepen.com.ua/articles/istochniki-energii/akkumuljatory/


В избранное