Зависимость емкости от напряжения аккумулятора: минимальное и полностью заряженного, под нагрузкой и без нее, а также какой должен быть нормальный заряд АКБ

Процент заряда и напряжение Lifepo4

Е-ветерок.ру
Энергия ветра и солнца

>Разделы сайта

  • Мой небольшой опыт
  • Разные мои самоделки
  • Расчёт и изготовление лопастей
  • Изготовление генераторов
  • Готовые расчёты ветряков
  • Дисковые аксиальные ветряки
  • Из асинхронных двигателей
  • Ветряки из авто-генераторов
  • Вертикальные ветряки
  • Парусные ветрогенераторы
  • Самодельные солнечные панели
  • Аккумуляторы
  • Контроллеры инверторы
  • Альтернативное эл. статьи
  • Личный опыт людей
  • Ветрогенераторы Ян Корепанов
  • Ответы на вопросы
  • >Последние записи

    >
    Тест lifepo4, зависимость напряжения и ёмкости

    >
    Активный балансир для литиевых АКБ

    >
    Дешёвый электро-велосипед

    >
    Контроллер ФОТОН 150/50 MPPT WI-FI

    >
    Отчёт о состоянии электростанции весна 2019

    >
    Инвертор SILA +MPPT

    >
    Гибридные инверторы SILA

    >
    Реле напряжения XH-M609

    >
    DC 300V 100A ваттметр

    >
    ZT-X RM409B True-RMS цифровой мультиметр

    >
    Электровелосипед, передний привод на my1016

  • >Аккумуляторы раздел

  • >

    В этой статье описание и результат тестирования ячейки lifepo4 3,2v ёмкостью 105Ah. Суть эксперимента выяснить есть ли зависимость напряжения на ячейке и уровня её заряда. В интернете много противоречивой информации, некоторые говорят что по напряжению нельзя опрелелить насколько заряжен lifepo4, только примерно с погрешностью 20-30%. Всё это из-за так называемой полки, очень стабильного и мало меняющегося напряжения в диапазоне основной ёмкости. Бытует мнение что даже при одинаковом напряжении до тысячной вольта одна ячейка может быть заряжена на 70%, а другая к примеру на 90%.

    Но также есть информация где показана прямая зависимость напряжения и уровня заряда АКБ. Существуют таблицы и результаты тестирования lifepo4 где чётко прослеживается зависимость напряжения и ёмкости. Несмотря на то что я уже находил немало информации о тестировании lifepo4, я решил самостоятельно провести лабораторную работу, и выяснить зависимость напряжения и ёмкости lifepo4.

    Техническое условие теста:

    Ячейку lifepo4 заявленной ёмкостью 105Ач я полностью зарядил, и начал разряд ячейки. Разряд ячейки происходил через ваттметр, который считает ватты и ампер-часы. Разряжал ячейку на нихромовую спираль током 10А. Каждые отданные ячейкой 5Ач я записывал напряжение под током разряда 10А, и останавливал разряд, ждал примерно две минуты и записывал напряжение без нагрузки. Так через каждые 5Ач я записывал результаты, напряжение под током 10А, и в холостую. Напряжение измерял отдельным точным мультиметром, который отображает напряжение с точностью до одной тысячной вольта.

    Ячейку я разрядил до 100Ач, полностью не стал разряжать чтобы не испортить. И в обратной последовательности начал заряжать ячейку, через каждые 5Ач останавливал заряд, записывал напряжение под током заряда 10А, и в холостую спустя две минуты.

    В результате тестирования получилась вот такая таблица. В левой части таблицы результат разряда ячейки. Ёмкость со знаком минус так как происходил разряд ячейки. В правой части в обратной последовательности происходил заряд ячейки, поэтому ампер-часы со знаком плюс. Отдельно сверху красным я написал сколько энергии в ватт-часах отдала ячейка, и сколько обратно приняла до полного заряда. КПД разряда и заряда приятно порадовал, и составил 96,58%.

    >

    Результат меня удивил:

    Я ожидал что всётаки будет прямая зависимость напряжения и уровня заряда Lifepo4. Но это оказалось не так, и при одинаковой ёмкости пря разряде напряжение даже в холостую отличается от напряжения при заряде. Конечно две минуты это очень мало для замера напряжения без нагрузки, если выждать хотябы полчаса то напряжение покоя думаю заметно изменится, но столько времени у меня небыло, и так этот тест занял почти сутки.

    Также интересно то что при напряжении без нагрузки 3.358 аккумулятор заряжен уже на 95%. При дальнейшем заряде до 3.45в в акб вошло ещё около 3.5Ач, и далее напряжение резко пошло вверх до 3.6В. Кстати ровно 1Ач в аккумулятор обратно не вернулся, тоесть ячейка отдала 100Ач, но при заряде ячейка взяла только 99Ач, и полностью зарядилась. Связано это с тем что при разряде напряжение на ячейке ниже чем при заряде. Так при отдаче 100Ач ячейка отдала 315.55втч, а при заряде ячейка взяла 99Ач и 326.74втч.

    Балансировка lifepo4:
    Много споров по поводу балансировки lifepo4, о том какие балансиры лучше, активные, пассивные. По напряжению хорошо видно что оно мало изменяется в большом диапазоне ёмкости. К примеру при уровне заряда батареи 90% напряжение в холостую 3,324в, а при ёмкости 10% напряжение 3,218в. Разница всего 106мВ. А при уровне заряда 95% напряжение 3.324в, и при уровне заряда 65% напряжение 3.316в, разница всего 0,008в, или 8мВ.

    Так как большинство активных балансиров работает по принципу чем больше разница напряжения тем больше ток балансировки, то при такой мизерной разнице они ничего не будут балансировать, так как по сути и балансировать нечего. При этом есть дешёвые активные балансиры, которые начинают балансировать при разнице от 30мВ между соседних ячеек, такие тоже бесполезны. По сути балансировка lifepo4 должна начинаться от 3. 45в, после этого напряжения появляется явный дисбаланс ячеек, с которым справятся за некоторое время активные балансиры. А также вполне подойдут и пассивные балансиры, которые обычно включаются при 3.6в.

    Буферный и цеклический режим эксплуатации lifepo4:
    Вообще я думаю если вы интересуетесь Lifepo4, то понимаете чем грозит перезаряд или слишком глубокий разряд ячейки. Поэтому лучше устанавливайте плату защиты BMS, чтобы не испортить АКБ. Также если вы эксплуатируете lifepo4 не в циклическом режиме как в электротранспорте, а в буферном, к примеру в солнечной электростанции, или в ИБП. То напряжение заряда и напряжение поддержки для lifepo4 отличаются от просто заряда до 3.6в. Когда вы эксплуатируете батарею к примеру на электро-велосипеде, то батарея зарядилась до 3.6в на ячейках, и вы поехали кататься, тоесть батарея не находится долгое время под напряжением 3.6в.

    Но в солнечной станции напряжение от солнечных панелей поступает весь световой день. И как правило у многих АКБ уже утром к 9-11 часов дня полностью заряжаются, и остольное время просто находятся в буферном режиме под напряжением до самого вечера, пока солнце не сядет. Так вот lifepo4 не любит длительного нахождения под напряжением полного заряда, происходит ускоренная деградация. К примеру Лиотех пишет что для эксплуатации lifepo4 в буферном режиме максимально допустимое напряжение заряда 3.40в, а напряжение поддержки 3.34в. Только в таком режиме эксплуатации батарея прослужит максимально долго.

    Почему АКБ зимой работает хуже? Подготовить аккумулятор на зиму.

    Проблема подготовки аккумулятора на зиму знакома автомобилистам — зимой аккумулятор слабее и медленнее крутит стартер, быстро разряжается. Это связано с тем, что зимой нагрузка на аккумулятор возрастает, а характеристики аккумулятора резко ухудшаются в связи с понижением температуры эксплуатации.

     

    Рассмотрим влияние холода на основные характеристики свинцовых аккумуляторов:

    • внутреннее сопротивление
    • напряжение
    • емкость
    • отдача

    ₽21 690

    В корзину

    ₽17 190

    В корзину

    ₽15 990

    В корзину

    1.

    Внутреннее сопротивление аккумулятора

    Внутреннее сопротивление складывается из сопротивления материала пластин, активного поверхностного слоя пластин, сепараторов, и сопротивления электролита, которое сильно зависит от температуры, снижение подвижности ионов и увеличение вязкости электролита повышают внутреннее сопротивление.

    При температуре от -30°C до -40°C снижается скорость диффузии ионов электролита, проводимость активного слоя падает в восемь раз, проводимость сепараторов в четыре раза.

    Основными свойствами электролита являются плотность, температура замерзания, вязкость и удельное сопротивление.

    Плотность электролита находится линейной зависимости от температуры в диапазоне от 20 С до – 30 С и может определяться по формуле 1.28 + (Т-20)Х0.007

    В диапазоне от 0°C до -30°C при падении температуры на 1°C:

    — вязкость увеличивается на 16%

    — удельное сопротивление увеличивается на 15%

    — емкость аккумулятора падает на 4%

    Внутреннее сопротивление также увеличивается при разряде большими токами как результат уменьшения плотности электролита в порах активной массы и около электродов.

    Зависимость удельного сопротивления электролита плотностью 1,30 г/см3 от температуры:

    Температура, °С Удельное сопротивление электролита Ом·см
    + 40 0,89
    + 25 1,28
    + 18 1,46
    0 1,92
    –  18  2,39

    Соответственно, с падением температуры аккумулятора снижается максимальный отдаваемый батареей ток.

    Как видно из вышеприведенных данных, с понижением температуры электролита с +40°С до -18°С удельное сопротивление возрастает в 2,7 раза.

    2. Напряжение на клеммах АКБ

    Напряжение на клеммах аккумулятора является разницей значения электродвижущей силы (ЭДС) и падением напряжения на внутреннем сопротивлении аккумулятора, которое значительно зависит от температуры, плотности электролита и потребляемого тока.

    Напряжение заряда при 20°С составляет 13,8 В, при снижении температуры должно увеличиваться на 0,003 В/град, что составляет при О°С дополнительно 0,6В (14,4В) и при -20°С  дополнительно 1,2В (15В).

    Зимой АКБ страдают от недозаряда, особенно при коротких поездках. 

    Напряжение на клеммах АКБ 12,72 В говорит о 100% заряде.

    12,24 В — заряде 50%,

    11,76 В соответствует полностью разряженному аккумулятору.

    При частичном заряде падает плотность электролита и повышается вероятность его замерзания и разрушения батарей.
    Электролит плотностью 1,28 замерзает при -65°C, плотностью 1.20 при -20°C, плотностью 1.10 при – 7 °C.

    4. Емкость аккумулятора

    Емкостью аккумулятора называется количество электричества, которое может отдать полностью заряженный аккумулятор при заданном режиме разряда, температуре и конечном напряжении. Емкость измеряют в ампер-часах и определяют по формуле C=Ip*tpгде С – емкость, а·ч;
    Ip – сила разрядного тока, а;
    tp – время разряда, ч.

    Снижение емкости аккумулятора при понижении температуры вызвано повышением вязкости электролита и замедлением диффузии электролита в поры активной массы, внутренние слои которой не участвуют в реакции разряда.

    5. Отдача по емкости

    Отдача по емкости — отношение количества электричества, полученного от аккумулятора при разряде, к количеству электричества, необходимого для заряда аккумулятора до первоначального состояния при определенных условиях. Отдача по емкости зависит от полноты заряда, который падает с падением температуры электролита.

    Выводы

    Все вышесказанное объясняет значительное влияние холода на основные характеристики свинцовых аккумуляторов. В холодное время, разряженный после неудачного запуска двигателя и оставленный в машине почти новый аккумулятор, может быть испорчен в результате замерзания электролита.

    Если рассматривать практический пример, то мы наблюдали падение емкости АКБ с 80 A/ч  до 12 А/ч при температуре -18°C и токе разряда 240А.

    Пути снижения влияния холода на характеристики АКБ:

    1. Утепление подкапотного пространства

    2. Если автомобиль хранится в гараже, то можно подсоединить к аккумулятору коннекторы постоянного подключения и соединять его с зарядным устройством Optimate или Battery Service — данные зарядные устройства имеют режим хранения и не требуют отключения от акб после окончания процесса зарядки акб.

     

    3. С периодичностью раз в неделю/месяц (в зависимости от состояния акб и температуры эксплуатации) подзаряжать аккумулятор зарядным устройством. 

    4. Обязательно менять масло в двигателе на зимнее — это позволит не только снизить нагрузку на акб в момент старта двигателя, но и значительно увеличит срок его службы.

    Ссылки по теме

    • Снимать аккумулятор с мотоцикла на зиму или нет? 🏍

    • Зарядные устройства Optimate на сайте компании

    • Почему нужно использовать зарядные устройства OptiMate?

    • OptiMate: Стандартные и расширенные функции зарядных устройств

    • Купить зарядное устройство в нашем магазине

    • Купить зарядное устройство Battery Service в нашем магазине

    Аккумуляторы 101 серии: Как говорить о батареях и соотношении мощности к энергии | Государственные, местные и племенные органы власти

    В этой серии статей более подробно рассказывается об аккумуляторах и соотношениях мощности и энергии. Это
    вторая часть цикла из двух частей. Читайте первую часть цикла.

    Поскольку солнечные и другие технологии возобновляемой энергии становятся все более распространенными, общественность
    становится более знакомым с языком фотогальваники (PV). Даже если большинство людей
    не имеют полного понимания того, как это работает, домовладельцы с фотоэлектрической системой могут
    понять разницу между номинальная мощность системы (выраженная в киловатт ) и количество электроэнергии, которое система фактически производит (выраженная в киловатт-часах ). Домовладельцы могут быть уверены, объясняя, что их 5-киловаттная система производит около 7000
    киловатт-часов в год.

    С падением цен на аккумуляторы, появлением Tesla Powerwall и другими
    варианты домашних накопителей энергии от разных производителей, потребители сталкиваются с
    изучение жаргона еще одной энергетической технологии. В то время как их понимание
    PV применим, батареи предлагают новые концепции для освоения.

    Спецификации аккумуляторной системы обычно указывают мощность в киловаттах (кВт) как
    а также рейтинг киловатт-часа (кВтч). Разбирающиеся в фотоэнергетике потребители, которые плохо знакомы с накоплением энергии
    мире рискуют неверно истолковать значимость этих рейтингов, напрямую
    переводя свое понимание фотоэлектрических систем в аккумуляторные системы. При описании
    аккумуляторная система (независимо от того, подключена ли она к фотоэлектрическим панелям), необходимо указать
    отношение мощности к энергии; то есть полностью понять возможности конкретного
    аккумуляторная система, необходимо знать как мощность в киловаттах, так и мощность в киловатт-часах.

    Для аккумуляторов номинальная мощность (измеряется в киловаттах) указывает, какую мощность может
    течь в или из батареи в любой данный момент. Это похоже на емкость
    рейтинг фотоэлектрической системы (также измеряется в киловаттах), который указывает, какая мощность
    теоретически может выйти из фотоэлектрической системы в любой момент. Однако один общий
    ошибкой является использование термина емкость , когда речь идет о мощности аккумуляторной системы в киловаттах. Более точный термин
    это номинальная мощность батареи.

    Энергетическая оценка или емкость батареи аккумуляторной системы измеряется в киловатт-часах и дает оценку
    количество энергии, которое может быть сохранено. Энергетическая оценка представляет собой меру того, сколько электроэнергии система может отдать или поглотить в течение часа. Это
    аналогично выходной энергии фотоэлектрической системы с течением времени (которая также измеряется в кВтч).

    Важным отличием является то, что, в отличие от фотоэлектрических систем, аккумуляторные системы разработаны
    чтобы максимизировать номинальную мощность или номинальную мощность, в зависимости от их предназначения
    использовать.

    Как обсуждалось в предыдущем сообщении в блоге, владельцы аккумуляторных систем могут использовать несколько
    потоки создания ценности для реализации более коротких периодов окупаемости. Операторы коммерческих зданий могут
    использовать батареи, чтобы уменьшить плату за коммунальные услуги, а также плату за электроэнергию в пиковые периоды
    бритье. В PJM Interconnection некоторые операторы аккумуляторных систем за счетчиком
    заявки на регулирование частоты и получают компенсацию за предоставление этой сетевой услуги.
    Различные виды конечного использования требуют различных соотношений энергии к мощности.

    Если аккумуляторная система будет использоваться в основном для регулирования частоты,
    Аккумуляторная система должна много раз заряжаться и разряжаться в течение короткого промежутка времени.
    Система, используемая в этом типе сценария, будет спроектирована с более высокой номинальной мощностью.
    Если аккумуляторная система будет использоваться в первую очередь для обеспечения сдвига пиковых значений или должна обеспечивать
    резервное питание на случай отключения сети, аккумулятор должен иметь возможность разряжаться более
    более длительный период (например, 2–5 часов) и рассчитан на более высокий уровень энергопотребления.

    Как сообщает Green Tech Media в своем отчете Energy Storage Monitor за 3 квартал 2015 г., развертывание
    накопления энергии в масштабе сети сместился акцент на системы с высокими энергетическими рейтингами
    (МВтч), чтобы избежать сокращения возобновляемой генерации, к системам с более высокой номинальной мощностью
    (MW) для обеспечения быстрого регулирования частоты на рынке PJM.

    Знание отношения мощности к энергии аккумуляторной системы позволяет лучше понять
    его предполагаемого использования и возможностей. Понимание того, что аккумуляторные системы разработаны
    с разным соотношением мощности к энергии помогает человеку понять, почему трудно
    сравните стоимость двух аккумуляторных систем, даже если в них используется одинаковая химия
    (например, литий-ионный). В то время как фотоэлектрические системы можно сравнить по их капитальным затратам в $/кВт.
    (или по стоимости энергии в течение жизненного цикла в долларах за кВтч), различные отношения мощности к энергии
    аккумуляторных систем делает сравнение яблок с яблоками более проблематичным. Учитывая это,
    отрасль все еще определяет наиболее точный способ отчетности по аккумуляторным системам
    и их стоимость — и общественность все еще учится интерпретировать эти отчеты.

    Другое чтение:

    http://www.greentechmedia.com/articles/read/comparing-energy-storage-its-not-that-simple

    Темы

    События

    Финансирование

    Модели и инструменты

    3

    3

    3 Подкасты

    Политика

    Политика — Взаимосвязь

    Политика — Измерение чистой энергии

    Политика — Портфель возобновляемых источников энергии Стандарт

    Политика — Ценность солнечной энергии

    Проекты

    Ресурсы 2

    0003

    Персонал

    Инструменты

    Коммунальные услуги

    Аккумулятор AGM: напряжение и SOC/Емкость

    Конечное напряжение аккумулятора AGM имеет решающее значение, поскольку оно влияет на то, будет ли аккумулятор чрезмерно разряжен.
    Тогда как установить конечное напряжение?

    Конечное напряжение батареи AGM имеет решающее значение, так как оно влияет на переразряд батареи .

    Тогда как установить конечное напряжение?

    Напряжение аккумулятора AGM не является фиксированным, оно изменяется в зависимости от SOC (состояния заряда) аккумулятора. В разных условиях, даже если SOC одинакова, напряжение все равно разное.

    В этом посте объясняется напряжение батареи AGM в разомкнутой цепи, состоянии разрядки и состоянии зарядки.

    Я расскажу вам, как установить конечное напряжение и объясню, как оно становится разумным.

    Ниже в качестве примера взят аккумулятор на 12 В. Если ваша батарея 6В или 24В, разделите на 2 или умножьте на 2 пропорционально.

    Аккумулятор AGM и приложение для глубокого цикла

    Аккумулятор AGM относится к свинцово-кислотному аккумулятору с материалом AGM в качестве сепаратора. См. ссылку здесь из Википедии.

    Для аккумуляторов AGM с глубоким циклом срок службы и настройка DOD (глубина разряда) чрезвычайно важны. Они напрямую влияют на время автономной работы и стабильную работу.

    В долгосрочной перспективе 50% DOD является разумным с точки зрения затрат и срока службы батареи. Хотя для некоторых специальных применений глубина разряда от 70% до 80% также весьма популярна.

    Для достижения соответствующей конфигурации DOD очень важным параметром является конечное напряжение.

    Блок батарей AGM

    Напряжение холостого хода батареи AGM

    OCV относится к напряжению разомкнутой цепи, которое представляет собой значение напряжения после 2 часов бездействия без нагрузки или зарядки.

    Может рассматриваться как максимальное напряжение в состоянии разрядки или самое низкое напряжение в состоянии заряда.

    Напряжение может варьироваться в зависимости от материала производителя, температуры или новой/старой батареи.

    SOC (состояние заряда) OCV (напряжение холостого хода)
    100% 12. 85V
    75% 12.55V
    50% 12.25V
    25% 11.95V
    0% 11.65V

    Table 01- SOC VS OCV

    SOC (State of Charge) означает оставшуюся емкость батареи, это противоположно DOD.

    Например, если вы выберете 50% DOD, вы можете установить конечное напряжение на уровне 12,25 В. Однако, если напряжение упадет до 12,25 В под нагрузкой, фактическая оставшаяся емкость будет более 50%. Потому что соответствующее напряжение ниже, чем напряжение OCV в состоянии разряда. Чем выше ток, тем ниже напряжение.

    Различный DOD батареи

    В следующей таблице «Таблица-02» показано, что при разряде 0,1C при напряжении 12,25 В фактически осталось 80% емкости.

    Напряжение батареи AGM в условиях разрядки 0,1C

    0,1C означает ток 0,1*(Ампер-час), для батареи 12V100Ah, 0,1C равняется 10A.

    SOC (состояние заряда) AGM.0122
    60% 12.05V
    50% 11.95V
    40% 11.75V
    20% 11.35V
    0% 10.80V

    Таблица-02 Напряжение аккумуляторной батареи AGM при разрядке при 0,1C

    Исходя из приведенной выше таблицы, рекомендуется установить конечное напряжение на 11,95 В для 50% глубины разряда. Даже при низком токе или отсутствии разряда остаточная емкость (SOC) по-прежнему составляет 25% или более, что не приведет к повреждению аккумулятора.

    Но при глубине разряда 80% конечное напряжение НЕ рекомендуется устанавливать на 11,35 В. При очень маленьком токе разряда или в разомкнутом состоянии остаточная энергия уже 0%. Это нанесет большой вред аккумулятору.

    Слишком низкий уровень SOC сильно влияет на аккумулятор!

    В этом случае важнее защитить батарею. Так, по таблице-01 рекомендуется установить конечное напряжение 11,90В или 11,80В. Оставшаяся мощность будет составлять от 10% до 20%.

    Помимо напряжения, более важно настроить систему батарей на основе энергии, используемой в день или за цикл. Когда потребление энергии время от времени превышает порог безопасности, наступает конечное напряжение, чтобы предотвратить повреждение батареи AGM.

    Не по теме: Краткое введение в сильноточный разряд аккумуляторов ИБП

    Приведенные выше рекомендации основаны на слаботочных аккумуляторных системах, таких как система разряда 0,1C. В то время как для сильноточной системы, такой как резервный источник питания ИБП, все обстоит иначе.

    В случае 5-минутной резервной системы ток может достигать 3-4С, а напряжение быстро падает до 9,6В.