В этой статье вы ознакомитесь с описанием возможностей предлагаемых аккумуляторов, сравнение с другими маркими и типами АКБ.
Введение. О ёмкости и напряжении аккумуляторов.
Коротко разберём распространённое мнение – «при последовательном соединении двух аккумуляторов (АКБ), их ёмкость не меняется, она остаётся такой же, как у одного аккумулятора, поэтому время автономной работы при таком соединении будет меньше». Но как же закон сохранения энергии? Да, при последовательном соединении аккумуляторов, формально ёмкость считается как у одного аккумулятора, а напряжение удваивается (или утраивается, учетверяется и т.д., в зависимости от количества последовательно соединённых АКБ). При параллельном же соединении АКБ – ёмкость удваивается (утраивается и т.д.), а напряжение остаётся тем же.
Противоречия здесь нет. Когда люди говорят об аккумуляторе (обычно об автомобильном), то сообщают его ёмкость, но не уточняют вольтаж. Просто все привыкли, что аккумуляторы имеют напряжение 12 В, и подразумевается, что упоминать об этом глупо. Но в вообще-то, ёмкость без указания вольтажа не имеет физического смысла. Существуют аккумуляторы самой разной ёмкости и на разное напряжение – на 2 В, и на 6 В, и на 12 В, и, редко, на 24В. Кроме того, любые одинаковые АКБ можно соединять последовательно, параллельно, или последовательно-параллельно одновременно.
Но стоит только указать после величины ёмкости, её вольтаж, как всё встаёт на свои места. Ведь ЭНЕРГОЁМКОСТЬ в любом случае, как бы мы не соединяли аккумуляторы, останется прежней.
Итак, если, например, два АКБ по 200 Ач×12 В , соединить последовательно, то получится энергоёмкость 200 Ач×24 В. А если эти же два АКБ соединить параллельно, то получится – 400 Ач×12 В. Проверим:
200 Ач×24 В = 480 = 400 Ач×12 В
Но для расчётов токов (обычно, номинальным током заряда считается ток 0,1×С, где С –величина равная ёмкости аккумулятора), С берут именно по цифре слева, т.е. в нашем примере, при последовательном соединении С = 200, а при параллельном С = 400.
Легко заметить, что и мощность зарядного устройства в обоих случаях будет одинаковой.
Для первого случая, зарядный ток будет 0,1×200 = 20 А, но при напряжении 24 В. Т.е. зарядная мощность, Р = 20 А×24 В = 480 Вт
Для второго случая, зарядный ток будет 0,1×400 = 40 А, но при напряжении 12 В. Т.е. зарядная мощность, Р = 40 А×12 В = 480 Вт
Если рассматривать одиночные аккумуляторы, то например один аккумулятор 600 Ач×2 В, по своей энергоёмкости соответствует одному аккумулятору 100 Ач×12 В.
Чтобы получить из этих аккумуляторов (600 Ач×2 В) большую аккумуляторную батарею, например, на 24 В, нужно соединить последовательно 12 шт таких АКБ. Общая итоговая ёмкость получится 600 Ач×24 В. Эта энергоёмкость, если сравнивать её с 12-и вольтовыми АКБ по 200 Ач (а такие применяются в грузовиках), соответствует 6-и штукам (три соединённых параллельно цепочки аккумуляторов, где каждая цепочка состоит из двух соединённых последовательно аккумуляторов):
(600 Ач×2В)×12 = 600 Ач×24 В = (200 Ач×24 В) + (200 Ач×24 В) + (200 Ач×24 В)
Обратите внимание – на всех рисунках специально показано, что если минус инвертора подключён к условно первому АКБ, то плюс – к последнему. Так его следует подключать, чтобы компенсировать сопротивление даже толстых медных проводов соединяющих аккумуляторы. Иначе, из-за их сопротивления, при огромных токах, «дальний» от выводов инвертора аккумулятор, окажется и не »дозаряжаем», и не »доразряжаем».
Чтобы аккумулятор служил долго, его нельзя разряжать более чем на 80%. Для 12-и вольтового АКБ, это соответствует напряжению на его клеммах примерно 11,5 – 11,7 В. Но тут важно каким током относительно емкости АКБ мы его разряжаем.
Чем больше сила разрядного тока, тем ниже напряжение, до которого может разряжаться аккумулятор. Это потому, что при быстром разряде большими токами относительно маленькой ёмкости аккумулятора, электролит не успевает перемешиваться и разряженный слой скапливается вокруг пластин. Напряжение АКБ падает и нагрузка автоматически снимается инвертором (в его меню допустим установлена нижняя граница напряжения АКБ при котором ещё идёт потребление энергии). Однако, спустя несколько десятков минут, электролит перемешивается и ёмкость (и, соответственно, напряжение аккумулятора) повышаются.
Если же разряжать малым током относительно ёмкости, то можно вычерпать всю энергию, что плохо для долговечности АКБ. Всегда надо оставлять не менее 20% ёмкости. Поэтому, можно установить то конечное напряжение на АКБ, при котором даже при отсутствии нагрузки какая-то ёмкость ещё остаётся (например для обычного кислотного АКБ при напряжении 11,5 – 11,7 В даже без нагрузки в АКБ ещё остаётся 20% ёмкости. А если будет нагрузка и инвертор отключит АКБ при 11,5 В, то ёмкости при этом в АКБ останется ещё больше – это только лучше для долговечности АКБ). Поэтому измерять ёмкость через специальный шунт или более грубо, по напряжению на АКБ – не столь уж важно, ведь в последнем случае возможен только запас остаточной ёмкости (т.е. погрешность идёт на пользу долговечности АКБ). Подробнее об этом далее.
Отметим, что во время заряда, зарядное устройство постепенно повышает напряжение на АКБ, а затем, после снятия заряда, напряжение уменьшается, возвращаясь к спокойному состоянию (так, на 12-и вольтовом аккумуляторе, в зависимости от типа АКБ, оно обычно растёт до 14,1 – 14,5 В, а после снятия заряда, даже без нагрузки, в течении получаса возвращается к нормальному для 100% заряженного АКБ 12,5 – 12,8 В).
О типах, технологиях и назначении аккумуляторов
| 1) |
В настоящее время, практически весь объём рынка АКБ занимают свинцово-кислотные АКБ. У них неплохие параметры, КПД 80% и самая низкая цена. |
| 2) |
Малую часть рынка занимают щелочные АКБ. У них высокая цена, устойчивая работа при очень низких температурах и очень маленький КПД 50%. Именно из-за последнего они практически не подходят для организации автономного и резервного электропитания. |
| 3) | Новейший тип литий-железо фосфатных АКБ пока тоже распространён мало. Это вызвано и новизной и высокой ценой первичных вложений денег на их покупку. Однако, из-за их очень длительного срока службы, цена использования оказывается сопоставимой или даже ниже чем у лучших свинцово-кислотных АКБ (все сравнительные данные будут показаны в таблице ниже). У них КПД 94%, устойчивость к разрядам и недозарядам, возможность быстрого заряда. К их недостаткам можно отнести затруднённость использования при отрицательных температурах. |
Далее дадим краткое пояснение по типам свинцово-кислотных АКБ. А именно - что такое аккумуляторы гелевые, типа AGM, панцирные и др.
Стартерные автомобильные – самые слабые и недолговечные аккумуляторы. Требования к ним небольшие, поэтому они делаются по простейшей технологии (штампованные свинцовые относительно тонкие решётчатые пластины). Бывают обслуживаемые (требуют проверки уровня электролита и доливки дистиллированной воды, обычно раз в год) и не обслуживаемые герметизированные (в случае перезаряда большими токами или напряжениями, если вода в них выпарится через срабатывания предохранительного клапана, долить её уже нельзя и АКБ выбрасываются).
Обслуживаемые автомобильные АКБ выдерживают порядка 100 - 200 циклов разрядов на 80%. Количество циклов зависит от качества изготовления, что связано с именитостью (масштабностью и временем существования производителя), а значит надёжностью и честностью производителя. Честность тут проявляется в количестве свинца расходуемого на один АКБ, т.е. насколько пластины будут тонкими. Косвенно можно оценить это по весу АКБ разных производителей, но одинаковой ёмкости.
Герметизированные автомобильные АКБ – в идеальном случае выдерживают около 200 циклов. Мы пишем «в идеальном», т.к. герметизированные автомобильные АКБ гораздо требовательней к условиям эксплуатации. Нельзя превышать зарядных токов и повышенных напряжений заряда (это чревато выпариванием воды которую нельзя долить), они более критичны к глубоким разрядам или долгому нахождению их в таком состоянии. Особенно для АКБ, сделанных на основе кальциевых сплавов (а автомобильные герметизированные АКБ обычно как раз кальциево-свинцовые). Кальциевые сплавы в АКБ вообще малопригодны для автономного и бесперебойного электроснабжения.
AGM – кислотные герметизированные аккумуляторы, в которых электролит адсорбирован стекломатами. Выдерживают примерно 250 – 400 циклов разрядов на 80%. Технология изготовления пластин обычная (правда сами пластины потолще), поэтому и количество циклов относительно мало. Чувствительны к перезарядам.
Гелевые – кислотные герметизированные аккумуляторы, в которых электролит загущён с помощью селикогеля. Выдерживают примерно 350 – 500 циклов разрядов на 80%. Технология изготовления пластин обычная, поэтому и количество циклов не велико. Более чувствительны к перезарядам (может выпариться вода). Необходимо обеспечить точное соответствие зарядных токов и напряжений паспортным (для них напряжение конца заряда обычно ниже, чем у других АКБ).
Панцирные – это широкий класс высококачественных кислотных аккумуляторов, построенных на решетчатой структуре пластин с трубчатыми электродами. Так называемые трубчатые положительные плиты, в которых каждый компонент заключен в полимерный кислотопроницаемый стержень, изготавливаются из сплава химически чистого свинца (чистота металла не менее 99,9%) и 2 - 6% сурьмы. Данная технология применяется во всех долговечных промышленных типах АКБ (тяговых, стационарных, солнечных, как малообслуживаемых, так и герметизированных) с большим сроком службы. Герметизированные гелевые АКБ, сделанные на основе панцирных пластин, выдерживают порядка 900 - 1000 циклов разрядов на 80%. Кислотные малообслуживаемые - около 1500 циклов. Вес относительно ёмкости у всех панцирных АКБ наибольший (что очень хорошо, т.к. в пластинах/трубках свинца много).
Так же, часто АКБ делят по сфере применения - стартерные (о них говорилось в начале раздела), тяговые, стационарные, солнечные.
Тяговые – предназначены для использования в электроподъемниках и другой электротехнике. Обычно, общая аккумуляторная батарея на нужное напряжение, составляется из батарей на 2 В большой ёмкости каждая (200 – 1200 Ач). Настоящие тяговые АКБ, сделаны по панцирной технологии. Стандартная маркировка – малообслуживаемые PzS, герметизированные гелевые – PzV. Встречаются тяговые АКБ и с обычной (не панцирной) технологией пластин (например, американские Trojan T105). Количество циклов разрядов у таких АКБ существенно меньше (900 против 1500).
Стационарные – применяют на промышленных объектах (там необходима повышенная долговечность и надёжность). Обычно, общая аккумуляторная батарея на нужное напряжение, составляется из батарей на 2 В. Они большой ёмкости – одиночные аккумуляторы бывают от 200 до 1200 Ач. Все используют панцирную технологию. Выпускаются как малообслуживаемые (в прозрачном корпусе OPzS), так и герметизированные гелевые (OPzV). У них самая большая надёжность и самый большой срок службы из всех типов аккумуляторов.
Солнечные – обычно модификация тяговых или стационарных аккумуляторов. Эти батареи выпускаются как на 2 В, так и на 6 или 12 В. Обычно имеют панцирную технологию. Во многих случаях это стационарные или тяговые АКБ с другой маркировкой/названием (это маркетинговый ход).
Отметим, что долговечность и надёжность всех 12-и вольтовых АКБ ниже, чем у аналогичного типа аккумуляторов, но на 2 В. Это связано с технологией изготовления. Ведь 12-и вольтовые АКБ состоят из таких же банок по 2 В аккумуляторов малой ёмкости, незаметно соединённых в общий корпус. Т.е. любой одиночный аккумулятор 12 В состоит из шести встроенных маленьких аккумуляторов по 2 В. Поэтому, для повышения надёжности и долговечности, рекомендуем набирать необходимую ёмкость сразу из 2-х вольтовых банок аккумуляторов большой ёмкости.
Предварительный вывод: для автономного и резервного электроснабжения наиболее подходящими по параметру цена/долговечность являются панцирные тяговые модернизированные АКБ (с особо чистым электролитом и пробками с рекуперацией водорода).
