Які бувають акумуляторні батареї?
Який тип актуальний на сьогоднішній день ?
Як підібрати ємність батареї?
Чим відрізняються різні типи акумуляторів і чи можна використовувати їх не за призначенням?
Які типи використовуються для різних режимів роботи?
Для початку з’ясуємо, що таке Акумуляторна батарея?
Акумулятор це джерело енергії, в котрому можна запасати з подальшим відтворенням
електричну енергію. Нас цікавитимуть хімічні джерела, де відбуваються електрохімічні перетворення, що створюють напругу.
Для чого потрібні акумуляторні батареї?
Акумулятори використовуються для балансування електроенергії, коли ми купуємо її дешево, а потім продаємо дорого на ринку на добу наперед.
Або навпаки, купуємо дешево , щоб потім використовувати власну енергію в часи пік, коли вона максимально дорога.
Дуже часто акумулятори використовуються як резервне джерело живлення під час пропадання мережі.
Це актуально для нестабільних мереж в котрих часто виникають непердбачені блекаути.
Акумулятори можна розділити по різним ознакам: по типу хімічних елементів, за призначенням, за особливостями виготовлення тощо.
За призначенням розрізняють на:
- тягові, що використовуються в електрокарах,
- стартерні для запуску двигунів внутрішнього згоряння
- стаціонарні – для резервного живлення.
Всі вони схожі на вигляд, мають дві клеми “+” та “-” , але будуть відрізнятися за параметрами і характеристиками. Акумуляторні батареї різного призначення не можуть заміняти одна одну. Скажімо, стартерний акумулятор можна використати для резервного живлення, але прослужить він не так довго, як хотілося б. Крім того, більшість стартерних можуть виділяти пари водню та кислоти, що недопустимо в приміщеннях де знаходяться люди.
Більш детально розглянемо лише акумулятори для РЕЗЕРВНОГО живлення.
І тут всі акумулятори можна поділити за режимом роботи.
В буферному режимі акумулятор потрібен як додаткове джерело енергії на короткий час. Наприклад, для включення масляних високовольтних вимикачів струму на електричних підстанціях. Тут їх основна задача короткочасно видати великий струм у разі необхідності.
В циклічному режимі акумулятор весь час заряджається і розряджається. За день акумулятор заряджається, а вечором відбувається розряд.
Наприклад, на об’єктах без мережі або в системах накопичення електроенргії, що працює на балансуючому ринку на “добу на перед”.
Є різні способи поновлення енергії в акумуляторі. Це може бути мережа [загального користування], бензо- або дизель-генератор, фотомодулі або вітрогенератор.
Всі вони мають свої переваги та недоліки.
Станції з генераторами потребують менших початкових інвестицій, але мають більші операційні витрати. Це і постійне додавання пального, і заміна масла та повітряних фільтрів. А також слід враховувати обмежений моторесурс двигуна.
Тому оптимальним є поєднання фотомодулів з акумуляторами.
Коли акумулятор використовується для компенсації власного споживання, він також перебує в постійних циклах заряду розряду. В цьому випадку ми регулюємо глибину розряджання, щоб збільшити термін експлуатації.
Режим роботи для аварійного живлення – це також буферний режим. В нормальному режимі акумулятор весь час підтримується в зарядженому стані, і лише при пропаданні мережі відбувається його розряд.
Акумулятори діляться за типом хімічних елементів. Найбільш поширенішими є три типи: свинцево-кислотні, літій-іонні та металогідридні.
Свинцево-кислотні акумулятори є найбільш безпечними та простими в експлуатації. Їхній недолік полягає в малій кількості циклів заряду-розряду, сильній залежності від температури та великими вимогами до зарядного пристрою.
Металогідридні менш вибагливі до температур, гарно відновлюються після глибоких розрядів, мають більшу кількість циклів-заряду розряду в порівнянні зі свинцевими.
Із здешевлення вартості літій-іонних акумуляторів, перші два типи стали не актуальними [принаймні, в побуті]. Літій-залізо фосфатні блоки знизилися в ціні,
а маючи безумовну перевагу в кількості циклів заряду-розряду та швидкості часу заряджання, вони не мають альтернативи для резервних джерел живлення.
Свинцеві поділяються по типу електроліту на “закритого типу” (з рідким електролітом) та герметизовані (без пробок та кришок для доливання дистильованої води чи електроліту). Останні, в свою чергу, поділяються на гелеві та AGM-типу.
Свинцеві по стандарту ЄВРОБАТ [EUROBAT] поділяють по терміну експлуатації:
AGM-типу служать від 5 до 10 ти років, гелеві – 10..15 років, “закритого типу” [з рідким електролітом] можуть прослужити 20 і навіть 30 років.
Якщо акумулятор класифікується як “п’ятирічний” це значить , що після 5 років його ємність зменшується вдвічі [при дотриманні ідеальних умов експлуатації].
Це стосується всього сімейства свинцевих: не допускати глибоких розрядів, не допускати високих температур експлуатації, дотримуватись правильних напруг заряду та обмежувати струм заряду.
Все сімейство літієвих можна розділити на три основні типи: на літій-полімерні, просто літій-іонні та літій-залізо-фосфатні.
Літій-полімерні широко використовуються в телефонах та гаджетах через їх відносну дешевизну та можливість плоского виготовлення.
Літій-іонні використовуються в електрокарах через можливість масового виготовлення. В сучасних конвеєрах на виготовлення одного елемента витрачається лише 1 секунда.
Найбільш досконалі та дешевші в порівнянні з літієвими є залізо-фосфатні. Вони більш пожежо-захищені і мають рекордн кількість циклів заряду/розряду.
Акумулятори діляться по способу монтажу.
Це може бути РЕК-варіант для установки в стандартизовані 19” шафи або стійки.
Wall mount – це готове рішення з кронштейнами для вішання на стіну. Такі блоки підійдуть для обмеженого місця і для випадків, коли достатньо одного блоку.
Маштабовані блоки розроблені для швидкого монтажу та можливої подальшої модернізації об’єкта.
Хоча літієві не критичні до режимів температур, як свинцеві, але вони також не люблять низьких температур. При температурах менше 10 градусів хімічні процеси уповільнюються і через це відбувається сповільнений заряд. При температурах близьких до нуля може спрацювати внутрішній захист, що підключити батарею.
Для літія є критичним дотримання рівня напруги заряджання. Заводські блоки в обов’язковому порядку оснащені платами захисту BMS, що контролюють стан елементів в середині і , в разі, потреби, вимикають блок.
Також слід обмежувати струми заряду та розряду. Яким би потужним не був БМС в блоці, для елементів не бажано, щоб струми перевищували значення в половину номінальної ємності (0,5C). Тобто, блок акумулятора із запасом енергії в 5 кВт год не бажано довготривало розряджати потужностями більшими за 2.5кВт навіть якщо його BMS це дозволяє.
Основними компонентами є елементи та BMS. Все це розміщується в металевому корпусі, від котрого залежить не лише зручність монтажу, але й безпека експлуатації. Бажано щоб всі елементи всередині були надійно зафіксовані та розділені термоізолюючими прокладками.
BMS – мікропроцесорний силовий модуль, що не лише здійснює нагляд за станом кожної комірки та блоком загалом, але й має можливість вимкнути весь блок в разі виходу параметрів за допустимі межі.
Елементи для збірки підбираються з максимально однаковими характеристиками. На заводі, вони відбираються по напрузі з точністю до третього знаку після коми. Такі збірки маркуються , як найвищий сорт Грейд А (Grade A). Ті, що мають більші розбіжності маркуються грейд Бі (Grade B) і так далі. Трапляються також збірки, що збираються з елементів бувших у вжитку. Їх можна розрізнити за низькою ціною та рівнем глибини розряду, що має не найкраще значення в 80% (DOD Depth of discharge).
Інвертор та акумулятор мають бути синхронізовані між собою кабелем передачі даних. Інвертор повністю бере на себе керування всіма процесами заряду, а також контролює розряд. Інвертор мусить підтримувати протокол використовуваного типу батареї. Іншими словами, у виробника інвертора є список дозволених до використання виробників батарей та типів блоків.
Головне в цьому розділі:
- літій-залізо-фосфатні акумулятори найбільш оптимальні для будь-якого режиму роботи. Це найбільш захищений тип елементів. Акумулятори відрізняються значним терміном експлуатації (більше 10 років) та великою кількістю циклів заряду-розряду (6000 циклів при DOD 90%).
- Протокол передачі даних між інвертором та акумулятором має бути узгодженим.
- Експлуатація батарей вимагає температур більше 10 градусів Цельсія.
- Великі струми розряду руйнують внутрішню структуру елементів (рекомендовано 0,5С).
Підписуйтесь на нас: