Контроль аккумуляторов | ЭлектроФорс

Информация о состоянии аккумуляторных батарей на катере или яхте нужна не только любителям электротехники. Эти данные часть системы безопасности судна. Потеря питания в чрезвычайной ситуации приводит к серьезным последствиям, а неконтролируемый разряд аккумуляторов к существенным материальным потерям

Содержание статьи

Что контролировать в аккумуляторах

Аккумуляторы нельзя разряжать ниже определенного уровня. «Напряжение окончания разряда» – это минимальное рабочее напряжение аккумуляторной батареи. Если разряд аккумулятора продолжается после достижения «напряжения окончания разряда» аккумулятор может быть поврежден или разряжен до такой степени, что его больше нельзя будет использовать.

Но главный показатель состояния аккумуляторной батареи – это емкость. Она характеризует способность аккумулятора сохранять энергию и определяет время его работы без подзарядки.

Высвобождаемая емкость   – это заряд, который аккумулятор отдает до того как его напряжение станет равным напряжению окончания разряда. Доступная емкость  – это высвобождаемая емкость полностью заряженного аккумулятора.  Для нового аккумулятора доступная емкость равна или немного отличается от номинальной. В процессе эксплуатации доступная емкость уменьшается.

Заряженность (SoC)  — это отношение высвобождаемой емкости к доступной. Характеризует текущий заряд аккумулятора. Измеряется в процентах

Работоспособность (SoH) – отношение доступной емкости к номинальной.

Контроль аккумуляторов под нагрузкой

Красная кривая – это зависимость напряжения аккумулятора от уровня его заряда без нагрузки. Синяя линия —  фактический профиль напряжения аккумуляторной батареи для некоторой заданной нагрузки постоянного тока. Зеленая — «Напряжение окончания разряда». Поскольку у аккумулятора есть ненулевое внутреннее сопротивление, синяя кривая расположена ниже красной. Чем больше потребляемый ток, тем сильнее реальный заряд отличается от максимально возможногоТакое устройство не только не сможет предсказать оставшееся время работы аккумулятора, но и не точно оценит его текущее состояние. За красивым индикатором кроется обычный вольтметр

Напряжение полностью заряженного аккумулятора выше чем разряженного. На этом факте основан самый простой способ контроля – измерить текущее напряжение аккумулятора и сравнить его с напряжением полностью заряженной батареи. Однако такая оценка оказывается не слишком аккуратной. По ней с уверенностью можно утверждать лишь, что аккумулятор заряжен на 100% и что он полностью разряжен. Не высокая точность вызвана тем, что при заданном состояния заряда и различных уровнях нагрузки мгновенное напряжение аккумулятора не постоянно, а колеблется вверх-вниз.

Скачки напряжения зависят от внутреннего сопротивления аккумуляторной батареи. Если ток разряда очень мал, то внутренние потери не велики и заряд, аккумулятора практически равен максимально возможному. При более высокой нагрузке потери увеличиваются и заряд, отданный аккумулятором до момента достижения минимального рабочего напряжения оказывается меньше.

Счетчик ампер часов

Вместо того, чтобы определять состояние аккумулятора по напряжению, можно измерять ток. Счетчик ампер часов контролирует ток, получаемый и отдаваемый аккумулятором, суммирует его за период использования и прибавляет вычисленное значение к начальной заряженности  аккумуляторной батареи. Поскольку исходное состояние аккумулятора и ток заряда-разряда можно измерить достаточно точно, счетчик ампер часов определяет текущее состояние аккумулятора достовернее, чем вольтметр. Однако у него тоже есть несколько недостатков

Как и в любом устройстве в аккумуляторе существуют потери, поэтому отдаваемый им заряд всегда меньше полученного. Потери не постоянны, а зависят от температуры, тока заряда-разряда и возраста батареи. Эффективность одного и того же аккумулятора в разных условиях разная.

Посмотреть характеристики мониторов

Однако кулонометр не учитывает потери и со  временем его показания все больше и больше отличаются от реального состояния аккумулятора. Чтобы избежать расхождений кулонометры необходимо регулярно перекалибровать

Если аккумулятор отключен от нагрузки и оставлен без подзарядки, то через токоизмеряющий датчик кулонометра ток не потечет. Но химические реакции в батарее по-прежнему будут идти и со временем ее энергия уменьшится. Через неделю напряжение ячеек и состояние аккумулятора изменятся, однако подсчет кулонов ничего об этом не скажет. Саморазряд аккумулятора кулонометр не учитывает

В процессе эксплуатации доступная емкость аккумулятора уменьшается. Текущее значение емкости кулонометр определить не может и ему регулярно приходится указывать верхнюю и нижнюю точки отсчета. Это делают полностью разряжая и заряжая аккумулятор. В реальных условиях это не всегда возможно и со временем показания кулонометра становятся все менее точными

Батарейный монитор

Схема подключения батарейного монитора Sterling Power PMP1. Устройство контролирует состояние всей электрической системы на катере или яхте. Ток измеряется на выходе с генератора, на входе и выходе сервисной аккумуляторной батареи. На стартовом аккумуляторе контролируется только напряжение

Современный батарейный монитор – это не просто счетчик ампер часов, а интеллектуальное устройство контроля аккумуляторов. Перед началом работы в монитор вводят номинальную емкость аккумулятора, в течении нескольких циклов устройство «обучается» и затем работает без постороннего вмешательства. Монитор следит за током, напряжением и температурой аккумуляторной батареи и сравнивает получаемые данные с собственной моделью аккумулятора. На основе фактических данных параметры модели корректируются и она  постоянно соответствует реальному состоянию работающего аккумулятора

Батарейные мониторы могут контролировать одну или несколько аккумуляторных батарей. Самое простое устройство измеряет напряжение, ток и заряженность единственного аккумулятора. Более продвинутые модели рассчитаны на две или три аккумуляторных группы. Для основной батареи они измеряют напряжение, ток и заряженность, а для дополнительных только ток и напряжение или только напряжение.

Модели, имеющие модульный принцип, позволяют добавлять в цепь до 20 независимых датчиков тока или «интеллектуальных» шунтов, и контролируют с их помощью до 6 аккумуляторных батарей. Такие мониторы имеют встроенный Wi-Fi модуль и передают информацию о состоянии аккумуляторов на смартфон или планшет владельца.

Установка устройства контроля аккумуляторов

«Интеллектуальные» шунты можно соединять между собой, чтобы на одном дисплее контролировать состояние до 6 аккумуляторных батарей. Один шунт не только измеряет напряжение, ток и заряженность аккумулятора, но и контролирует емкости и температуру

Если для запуска двигателя используется выделенный аккумулятор, то измерять потребляемый и отдаваемый им ток не обязательно. На стартовом аккумуляторе контролируют только напряжение. Зато на сервисной аккумуляторной батарее измеряют входной и выходной ток, напряжение и уровень заряда.

Если чисто стартового аккумулятора на лодке нет, а оба аккумулятора попеременно используются и для запуска двигателя и для питания бортового оборудования, устанавливают два шунта или перемещают шунт таким образом, чтобы через него протекал ток от обоих аккумуляторных батарей

В любой момент на лодке желательно знать куда уходит и откуда поступает энергия в аккумуляторную батарею. Несколько шунтов позволяют монитору отображать ток получаемый аккумуляторами от солнечных панелей и DC-DC зарядного устройства или потребляемый микроволновой печью, холодильником и инвертором. Контроль мощных  устройств необходим, поскольку высокий ток способен быстро разрядить и повредить аккумулятор

Дисплей батарейного монитора отображает ток, который аккумуляторная батарея получает от дополнительных источников зарядки и отдает мощным потребителям. Голубая линия — солнечные панели. Желтые линии — потребители

Правильно установленный батарейный монитор – это незаменимый  инструмент для поиска неисправностей в электрической системе. С его помощью, например,  можно обнаружить, что солнечные панели стали грязными и больше не заряжают аккумуляторы как положено.

Большинство мониторов для измерения тока используют шунты, которые устанавливают на отрицательной стороне электрической цепи. Некоторые модели, позволяют использовать для этого и отрицательный и положительный проводники. Для контроля за потребителями (инверторами, подруливающими устройствами) или генераторами электрической энергии (зарядными устройствами, солнечными панелями) можно выбрать как положительную так и отрицательную сторону. Контроль за состоянием аккумулятора лучше производить на отрицательной стороне.

Стандартные шунты имеют номинал 200, 300 или 500 А. Однако если нагрузка в цепях не велика можно использовать шунт, состоящий из нескольких линий, каждая из которых рассчитана на  25 А.

Профилактический контроль аккумуляторов

Существует несколько способов выяснить состояния аккумулятора

1. Проверить плотность электролита
2. Проверить напряжение холостого хода
3. Замерить напряжение под высокой нагрузкой
4. Использовать тестер проводимости
5. Выполнить полную проверку емкости

Плотность измеряют только у аккумуляторов с жидким электролитом. Соответствие заряженности аккумулятора плотности электролита приведено в таблице

Напряжение холостого хода

Заряженность аккумулятора можно приблизительно оценить по напряжению холостого хода, измеряемому между клеммами аккумулятора когда в цепи не течет никакой ток. Потребителей на лодке проще всего отключить от аккумуляторной батареи с помощью главного выключателя ( для этого достаточно перевести его в положение OFF). Однако так никогда не стоит делать при работающем двигателе – выпрямительные диоды генератора могут сгореть. Если на лодке установлены дополнительные источники зарядки — солнечные панели или ветрогенератор, то для получения правдивого результата измерения их также необходимо отключить.

Напряжение холостого хода зависит от того каким было начальное состояние аккумулятора, заряжался или разряжался он перед проверкой и от того сколько времени он находится в состоянии покоя. Напряжение правильно отразит состояние аккумулятора, если нагрузка и устройства зарядки отключены от него как минимум за десять минут до измерения. Результаты окажутся точнее, если аккумулятор находится в состоянии покоя 1-2 часа, а еще лучше в течении 12 часов. У гелевых и AGM аккумуляторов время выравнивания напряжения достигает 48 часов.

Проверка емкости аккумулятора

Емкость это — главная характеристика аккумулятора. Если она существенно меньше номинальной, то срок службы аккумулятора подходит к концу. Другие параметры, влияющие на работоспособность батареи — это внутреннее сопротивление и саморазряд. Внутреннее сопротивление ограничивает ток аккумулятора, а высокий саморазряд указывает на механические дефекты пластин.

Напряжение или плотность электролита свинцово-кислотного аккумулятора могут указывать на его полный или почти полный заряд, но батарея не будет нормально функционировать из-за существенной потери емкости, которая произошла из-за сульфатации пластин, коррозии решеток или осыпания активного материала. Правильные напряжение холостого хода и плотность электролита говорят о том, что доступная емкость аккумулятора заряжена полностью, но не дают информации о том какова она по отношению к первоначальной. Выяснить это позволяют тестер проводимости и нагрузочная вилка.

Нагрузочный тестер искусственно создает для аккумулятора высокую нагрузку и одновременно измеряет напряжение аккумулятора. Исправный 12-вольтовый аккумулятор удерживает под нагрузкой напряжение выше 10 Вольт в течении 10 и более секунд. Напряжение же на аккумуляторе с уменьшившейся емкостью быстро падает. Если напряжение 12-вольтового аккумулятора в течении 15 секунд опускается ниже 9,5 вольт, аккумулятор скорее всего надо менять.

Для гелевых и AGM аккумуляторов нагрузка должна быть равна половине тока холодного пуска (ССА) или утроенной номинальной емкости С20 аккумулятора.

В процессе эксплуатации внутреннее сопротивление аккумулятора возрастает. Это становится особенно заметно, если пластины поражены сульфатацией. Доступную площадь пластин, а значит и способность аккумулятора отдавать ток, характеризует проводимость —  величина обратная внутреннему сопротивлению. Значение проводимости также используют для поиска дефектных пластин, короткого замыкания или обрывов цепи в аккумуляторе

Проводимость аккумулятора измеряют с помощью тестера, который кроме этого определяет и текущую доступную емкость аккумулятора (SoH). Номинал тестера должен соответствовать типу, емкости и току холодного пуска проверяемой аккумуляторной батареи.

Реальную емкость аккумулятора можно выяснить полностью разрядив его током в 1/20 от его номинальной емкости.  Перед проверкой аккумулятор сначала полностью заряжают, а затем разряжают до тех пор пока его напряжение не опустится до 10,5 вольт. Емкость вычисляют умножая время работы аккумулятора под нагрузкой на ток разряда. Если полученное в ходе проверки значение составляет меньше 80% от номинальной емкости, аккумулятор необходимо зарядить и проверить еще раз. Если при повторной проверке емкость также не поднялась выше 80%, аккумулятор скорее всего необходимо менять

После испытания аккумулятор необходимо немедленно зарядить, чтобы не допустить его сульфатации.

Полную проверку емкости сервисных аккумуляторных батарей желательно проводить перед началом каждого сезона или перед любой многодневной поездкой на катере или яхте

Задайте вопрос,

и получите консультацию по лодочным электромоторам, аккумуляторам или зарядным устройствам для катера или яхты

Электрические характеристики свинцовых аккумуляторов | Эксплуатация электропитающих установок связи

Страница 37 из 55

Электродвижущая сила аккумулятора измеряется как разность потенциалов на выводах незамкнутого аккумулятора. Величина ЭДС находится в прямой зависимости от плотности электролита и очень мало зависит от температуры. У стационарных свинцовых аккумуляторов в обычных эксплуатационных режимах ЭДС составляет 2,05—2,06 В. С достаточной для практики точностью ЭДС можно измерить вольтметром с большим внутренним сопротивлением на клеммах незамкнутого на нагрузку аккумулятора.

Величина напряжения при разряде аккумулятора всегда ниже ЭДС. Это напряжение не остается постоянным, в процессе разряда оно понижается и тем быстрее, чем больше ток разряда. Номинальное напряжение аккумулятора — это напряжение на выводах полностью заряженного исправного аккумулятора в течение первого часа разряда током 10-часового режима разряда при температуре электролита 20° С (Uном=2 В). Предельное напряжение разряда для длительных режимов разряда (не менее трех часов) равно 1,80 В, а для более коротких режимов разряда (т. е. при больших токах разряда) — 1,75 В. Кривые изменения напряжения аккумулятора при разряде показаны на рис. 4.2.

Рис. 4.2. Кривые изменения напряжения аккумулятора при разряде

Величина напряжения на зажимах аккумулятора при заряде должна быть больше ЭДС, так как зарядному току приходится преодолевать внутреннее сопротивление аккумулятора: Uзар=E+IзарRвн.

В процессе заряда плотность электролита в порах активной массы повышается, поэтому ЭДС аккумулятора растет. Для поддержания тока заряда неизменным необходимо непрерывно повышать напряжение источника тока. К моменту, когда напряжение заряда достигает 2,3 В на элемент, активная масса оказывается почти полностью восстановленной. Начинается электролиз воды и выделение водорода и кислорода. Конечное напряжение заряда Uк.з зависит от тока заряда (чем больше Iз, тем выше Uк.з), температуры (чем выше температура, тем ниже Uк.з) и ряда других факторов. Предельное значение конечного напряжения аккумулятора при заряде — 2,75 В на элемент. Оптимальное значение конечного напряжения при заряде 2,3—2,35 В на элемент. Кривые напряжения в процессе заряда показаны на рис. 4.3.
Внутреннее сопротивление аккумулятора Rвн складывается из сопротивления аккумуляторных пластин, сепараторов и электролита.

ί

Рис. 4.3. Кривые изменения напряжения аккумулятора при заряде
Преобладающее значение во внутреннем сопротивлении аккумуляторов имеет сопротивление электролита. Внутреннее сопротивление увеличивается по мере разряда в силу уменьшения плотности электролита, а также в связи с образованием сульфата свинца в активном слое пластин (сульфат свинца — не проводник).

Омическое сопротивление полностью заряженного аккумулятора С-1 составляет примерно 0,0036 Ом, а в состоянии полного разряда — 0,007 Ом. Сопротивление аккумуляторов большей емкости соответственно в N раз меньше, где N — индекс аккумулятора.

Емкость аккумулятора — это количество электричества, которое можно получить от аккумулятора в определенных условиях разряда. Емкость измеряется в ампер-часах и равна произведению тока разряда на длительность разряда в часах: Q=It.
Номинальная емкость (Qном) стационарного свинцового аккумулятора — это емкость, гарантированная заводом-изготовителем при 10-часовом режиме разряда до конечного напряжения 1,8 В при температуре электролита 20° С. Величина тока при 10-часовом режиме разряда равна 0,1Qном. Номинальная емкость аккумулятора СК-1 равна 36 А-ч.

Номинальная емкость любого другого аккумулятора подсчитывается путем умножения его индекса на 36,
Эксплуатационная (фактическая) емкость — это количество электричества, отданное реальным аккумулятором в определенном режиме разряда до предельного для данного режима напряжения (1,8 В — для длительных режимов разряда и 1,75 В для коротких режимов разряда). Фактическая емкость аккумулятора обычно несколько меньше номинальной.

Емкость исправного аккумулятора зависит от количества и состава активной массы пластин, типоразмеров и количества пластин, количества и плотности электролита, температуры электролита, режима разряда (т. е. величины тока разряда), срока службы аккумулятора, состояния активной массы пластин.
Для работников эксплуатации наиболее важно знать и учитывать зависимость фактической емкости аккумуляторов от тока разряда и температуры электролита.

Ток 10-часового режима разряда, численно равный 0,1 Qном, можно считать номинальным током аккумулятора. При разряде аккумулятора током, меньшим тока 10-часового режима разряда, напряжение в процессе разряда будет понижаться медленнее и после отдачи полной емкости оно будет выше 1,8 В. Несмотря на это разряжать аккумулятор после снятия номинальной емкости не следует, так как это вредно для аккумулятора. Поэтому при разряде аккумуляторов токами малой величины нельзя определять окончание разряда по напряжению.
Таблица 4.1

Зависимость ηq и ηI от режима разряда

 Завод-изготовитель рекомендует определять конец разряда по плотности электролита: при снижении плотности на 0,03—0,06 г/см3 по сравнению с плотностью в начале разряда нужно считать разряд оконченным.

При разряде аккумулятора токами, превышающими ток 10-часового режима разряда, напряжение в процессе разряда будет понижаться быстрее чем в 10-часовом режиме и достигнет 1,8 В (или 1,75 В), когда с аккумулятора еще не снята номинальная емкость. В таких режимах разряда показателем окончания разряда является величина напряжения элемента.
Чем больше ток разряда (по сравнению с током 10-часового режима разряда), тем меньшую емкость можно снять с аккумулятора, т. е. тем меньше коэффициент отбора емкости ηq= Qфакт/Qном. Зависимость коэффициента отбора емкости от режима разряда приведена в табл. 4.1. Там же указан коэффициент отбора тока  ηI=Iр/I10, показывающий во сколько раз фактический ток разряда превышает ток 10-часового режима разряда. Кривая изменения коэффициента отбора емкости ηq в зависимости от кратности тока разряда ηI показана на рис. 4.4.

Рис. 4.4. Кривая зависимости коэффициента отбора емкости от кратности тока разряда

Указанное явление уменьшения отдаваемой емкости с увеличением тока разряда можно объяснить так: при больших разрядных токах химический процесс идет настолько бурно, что концентрация электролита в порах активной массы быстро падает.

Диффузия электролита из промежутков между пластинами в глубь пластин не успевает компенсировать обеднение электролита в порах. При больших токах наиболее интенсивно работают частички активной массы, ближайшие к поверхности активного слоя. Здесь бурно идет превращение двуокиси свинца и губчатого свинца в сульфат свинца, объем частиц которого в 2—3 раза больше объема исходных материалов. Образовавшиеся частицы сульфата свинца сужают поры и закрывают доступ кислоте к глубинным слоям активной массы, которые таким образом выключаются из процесса токообразования. Наступает так называемое «кислотное голодание». Хотя в пластинах еще осталось достаточное количество активных веществ, доступ к ним кислоты закрыт и аккумулятор оказывается разряженным.
Величина отдаваемой аккумулятором емкости зависит от температуры электролита. При понижении температуры электролита растет его вязкость, замедляется диффузия, растет внутреннее сопротивление, напряжение при разряде снижается быстрее, т. е. уменьшается отдаваемая емкость. Эксплуатация стационарных аккумуляторов при температуре ниже 15° С не рекомендуется.

При повышении температуры электролита емкость аккумулятора увеличивается на 0,8% на каждый градус изменения температуры. Это объясняется теми же причинами, только действующими в противоположном направлении. Однако повышенная температура электролита вызывает усиленный саморазряд аккумулятора и способствует сульфатации пластин. Поэтому эксплуатация стационарных аккумуляторов при температуре выше 40° С не допускается.
В соответствии с заводской инструкцией по эксплуатации стационарных аккумуляторов оптимальная нормативная температура принята равной 20° С (ранее принятая величина равнялась 25°С).

Приведенная емкость аккумулятора, т. е. емкость, которую он может отдать при температуре +20° С, определяется по формуле: Q20=Qt/[1 +0,008(t— —20)], где Qt— фактическая емкость, отданная аккумулятором при температуре ί°, С; Q20— приведенная емкость.
Если разрядный ток аккумулятора больше тока 10-часового режима разряда и температура отлична от 20° С, то для определения приведенной емкости, которую этот аккумулятор отдал бы в номинальных условиях разряда (Ip =I10; t=20°C), можно воспользоваться формулой:

где Ip— фактический ток разряда; tр — фактическое время разряда до предельного значения напряжения; t—фактическая температура электролита; η— коэффициент отбора емкости определяется по табл. 4.1 для данного режима разряда или по табл. 4.4 для данной кратности тока η.

Самопроизвольная потеря емкости как бездействующими, так и находящимися в работе аккумуляторами, вызываемая паразитными электрохимическими процессами, называется саморазрядом. Саморазряд исправных стационарных аккумуляторов невелик и неизбежен. Именно вследствие саморазряда требуется, чтобы аккумуляторы, находящиеся в горячем резерве (т. е. включенные параллельно выпрямителю и нагрузке), получали бы непрерывно ток подзаряда, компенсирующий саморазряд.
В первые дни после вывода аккумулятора из работы саморазряд максимальный, затем он постепенно снижается. При нарушениях правил эксплуатации, сильном загрязнении электролита возникает повышенный саморазряд, который должен быть своевременно устранен.

Отношение ампер-часов, отданных аккумулятором при разряде, к числу ампер-часов, которые необходимо сообщить аккумулятору при заряде для приведения его в первоначальное состояние, называется отдачей по емкости. Это, фактически, электрохимический КПД аккумулятора. Как в любом преобразователе энергии, КПД аккумулятора меньше единицы и для стационарных аккумуляторов не превышает 0,85.
Отдача по емкости в процентах выражается формулой: η=(Qр/Qз)x100%, где Qр количество ампер-часов, отданных аккумулятором при контрольном разряде, А-ч; Qз — количество ампер-часов, полученных аккумулятором при заряде, А-ч.

Понятие «отдача аккумулятора по емкости» (%) не следует смешивать с фактической отдаваемой емкостью реального аккумулятора (% к номинальной емкости), которую в практической эксплуатации часто неправильно называют также «отдачей».

• Назад
• Вперёд

Напряжение батареи и состояние заряда

Владение мобильной или автономной системой солнечной энергии означает зацикленность на том, сколько заряда осталось в вашем аккумуляторе глубокого цикла.

Блок аккумуляторов представляет собой набор соединенных между собой аккумуляторов, которые хранят электрическую энергию. Помимо систем солнечной энергии, аккумуляторные батареи также используются в автомобилях, жилых автофургонах и лодках. Оставшийся уровень заряда батареи известен как «стадия заряда». Вы можете определить состояние заряда, посмотрев на напряжение батареи.

Большинство владельцев обеспокоены сроком службы своих аккумуляторов, некоторые обеспокоены тем, достаточно ли они получают напряжения, чтобы удовлетворить их потребности. Если у вас есть система солнечной энергии, но вы не уверены, нужна ли вам батарея, попросите надежных экспертов Energy Matters помочь вам начать работу.

Хотя это и не совсем точно, самый простой способ определить это — с помощью мультиметра, если у вашего солнечного регулятора или контроллера заряда нет показаний напряжения.

Состояние заряда немного различается между типами герметичных свинцово-кислотных, залитых, гелевых и аккумуляторов глубокого цикла AGM, а также между брендами. Даже погода может сыграть роль.

Батареи лучше работают в холодную погоду и имеют более высокий уровень заряда. В более теплых условиях производительность батареи снижается, а также состояние заряда. Чтобы убедиться, что вы получаете только лучшее состояние батареи, очень важно помнить об этих факторах.

В приведенной ниже таблице показано напряжение и приблизительный уровень заряда для каждого типа батареи.

Примечание:  Цифры основаны на показаниях обрыва цепи. То есть, когда аккумулятор глубокого разряда не находился под нагрузкой в ​​течение нескольких часов. Этот сценарий может не случаться очень часто в системе на основе батареи, которая постоянно используется.

Итак, лучшее время для измерения – раннее утро, пока солнце не коснется ваших панелей, вечером, когда солнце садится, или когда очень пасмурно. Если вы снимете показания, когда батарея заряжается, они могут показать что-либо до 14,5 вольт.

Если вы берете показания, когда панели не подвергаются воздействию солнца, поскольку в это время, вероятно, будет потребляться электроэнергия, вы можете предположить, что независимо от показания напряжения это консервативная оценка. Как только вся нагрузка снята с батареи, напряжение может существенно восстановиться. Взгляните на диаграмму ниже:

Глубина разрядки батареи

Общее практическое правило: чем меньше ваша батарея глубокого цикла разряжается перед перезарядкой, тем дольше она прослужит.

Вот пример:

Гелевая батарея Sonnenschein Solar Bloc 100 Ач, разряженная до 70%, т. е. с оставшимся зарядом всего 30% или 30 Ач (ампер-часов), будет иметь срок службы около 1200 циклов, что достаточно впечатляющий.

Однако, если он разряжается только до 50%, ожидаемое количество циклов взлетает до 1700! Если цикл составляет день, это увеличивает срок службы батареи более чем на 1,25 года.

Глубина разряда, также известная как глубина разряда, не должна превышать 50 % в большинстве аккумуляторов глубокого цикла, чтобы обеспечить наилучшее соотношение цены и качества. Поэтому, если у вас есть аккумулятор на 100 Ач, считайте, что предельная глубина разряда составляет 50 Ач.

Измерение глубины разрядки — это очень важный расчет, который вы должны сделать при выборе размера батареи глубокого разряда.

Вот еще один пример:

Если вы хотите подключить портативный компьютер, проверьте номинальные значения силы тока на адаптере. Скорее всего, это где-то между отметкой 3 и 5 ампер. Это означает, вероятно, около 2–4 ампер в час при нормальном использовании, поскольку ваш ноутбук не будет постоянно использовать полную мощность. Итак, исходя из нижнего предела:

Аккумулятор емкостью 100 Ач = доступная емкость 50 Ач/потребление 2 А = 25 часов использования.

Четыре основных типа обычных и свинцово-кислотных аккумуляторов глубокого цикла

На рынке представлено множество свинцово-кислотных аккумуляторов. Но обычно используются четыре типа: герметичные свинцово-кислотные, залитые свинцово-кислотные, гелевые и AGM.

Четыре основных типа имеют свои преимущества и недостатки. Важно определить, какой тип соответствует вашему бюджету, а также вашим предпочтениям. Давайте немного подробнее рассмотрим аккумуляторы глубокого цикла и напряжение свинцово-кислотных аккумуляторов.

Герметичный свинцово-кислотный аккумулятор

Герметичный свинцово-кислотный аккумулятор является наиболее распространенным типом аккумуляторов глубокого разряда, используемых в домашних условиях. Их предпочитают жилые и коммерческие объекты, поскольку они не требуют обслуживания и имеют длительный срок службы. Тем не менее, они также являются самым тяжелым типом батареи.

Залитая свинцово-кислотная батарея

Залитая свинцово-кислотная батарея требует периодического обслуживания и добавления воды в элементы, но они дешевле, чем батареи других типов.

Гелевые батареи

Гелевые батареи аналогичны герметичным свинцово-кислотным батареям в том, что они не требуют обслуживания, но они дороже и могут служить не так долго. Напряжение гелевой батареи обычно составляет около 2 вольт на элемент, что означает, что 12-вольтовая батарея обеспечивает шесть элементов.

Аккумуляторы AGM

Аккумуляторы AGM являются самым дорогим типом аккумуляторов, но они обеспечивают наилучшие характеристики и имеют самый длительный срок службы. Напряжение аккумулятора AGM может зависеть от конкретной модели и производителя. Минимальное напряжение аккумулятора Agm составляет 12 вольт, что означает, что он может выдавать 12 вольт при полной зарядке.

Контроллер заряда от солнечной батареи

Помимо свинцово-кислотных аккумуляторов, вы также должны рассмотреть возможность использования контроллера заряда от солнечной батареи. Контроллер заряда солнечной батареи является важной частью любой солнечной электростанции. Они регулируют поток энергии от ваших панелей к их батареям, тем самым предотвращая их перезарядку.

Одним из основных факторов при выборе контроллера солнечного зарядного устройства является тип вашей панели, размер батареи и количество источника энергии, который вам необходимо генерировать.

Выбор напряжения батареи, подходящего для ваших нужд

Производители аккумуляторов стремятся производить лучшие продукты для солнечной энергетики, поэтому очень важно, чтобы вы выбрали надежный и уважаемый бренд. Принимая во внимание ряд факторов, неудивительно, что батареи могут быть довольно запутанными.

Energy Matters Для ваших потребностей в солнечной энергии

В Energy Matters мы гордимся тем, что являемся экспертами в области солнечной энергии в Австралии. Наши сотрудники всегда рады поделиться этим с нашими клиентами. Позвоните нам сегодня для бесплатной цитаты!

Свяжитесь с Energy Matters и получите бесплатное предложение уже сегодня! Вы также можете посетить наш сайт, чтобы узнать больше о солнечной энергии. Воспользуйтесь нашим онлайн-инструментом расчета котировок , чтобы начать свое солнечное путешествие уже сегодня.

Чтобы узнать больше о различиях между ними, ознакомьтесь с нашим руководством по батареям глубокого цикла. Узнайте больше о солнечной батарее и Tesla Powerwall сегодня.

Как читать кривые разряда батареи

Батареи представляют собой сложные электрохимические и термодинамические системы, и на их работу влияет множество факторов. Конечно, химия батареи находится в верхней части списка. Тем не менее, такие факторы, как скорость заряда и разряда, рабочая температура, условия хранения, детали физической конструкции и многое другое, играют важную роль при выборе батареи, которая лучше всего подходит для конкретного приложения. Для начала необходимо определить несколько терминов:

• Напряжение разомкнутой цепи (Voc) — это напряжение между клеммами аккумулятора при отсутствии нагрузки на аккумулятор.
• Напряжение на клеммах (Вт) — напряжение между клеммами аккумулятора при приложении нагрузки; это обычно ниже, чем Voc.
• Напряжение отсечки (Vco) — это напряжение, при котором аккумулятор полностью разряжается. Несмотря на то, что заряд обычно остается, работа при напряжении ниже Vco может привести к повреждению аккумулятора.
• Емкость измеряет общее количество ампер-часов (Ач), которое может быть получено от батареи в полностью заряженном состоянии, пока Vt не достигнет Vco.
• Скорость зарядки (скорость C) — это скорость зарядки или разрядки батареи относительно ее номинальной емкости. Например, курс 1С позволит полностью зарядить или разрядить аккумулятор за 1 час. При скорости разряда 0,5С аккумулятор полностью разрядится за 2 часа. Использование высоких скоростей C обычно снижает доступную емкость батареи и может привести к ее повреждению.
• Состояние заряда (SoC) определяет оставшуюся емкость аккумулятора в процентах от максимальной емкости. Когда SoC достигает нуля, а Vt достигает Vco, в батарее может оставаться заряд, но батарею нельзя разряжать дальше, не испытывая при этом какого-либо повреждения и снижения емкости в будущем.
• Глубина разряда (DoD) является дополнением SoC и измеряет процент емкости батареи, которая уже разряжена; DoD = 100 – SoC.
• Срок службы — это количество доступных циклов, прежде чем батарея достигнет конца своего срока службы.
• Окончание срока службы (EoL) батареи достигается, когда батарея не может работать в соответствии с предопределенными минимальными характеристиками. EoL можно количественно определить несколькими способами:
  • Снижение емкости основано на заданном процентном снижении емкости батареи по сравнению с ее номинальной емкостью при определенных условиях.
  • Снижение мощности основан на заданном процентном снижении максимальной мощности батареи по сравнению с номинальной мощностью, также при определенных условиях.
  • Энергетическая пропускная способность количественно определяет общее количество энергии, которое батарея должна выработать в течение срока службы, например, 30 МВтч, в зависимости от конкретных условий эксплуатации.
• Состояние работоспособности (SoH) батареи измеряет процент полезного срока службы, оставшегося до того, как батарея достигнет EoL.

Кривые поляризации

Кривые разрядки батареи основаны на поляризации батареи, возникающей во время разрядки. Количество энергии, которое может дать аккумулятор, соответствующее площади под кривой разряда, тесно связано с условиями эксплуатации, такими как C-скорость и рабочая температура. Во время разрядки в батареях происходит падение Vt. Падение Vt связано с несколькими факторами, в первую очередь:

• Падение IR — Падение напряжения элемента из-за тока, протекающего через внутреннее сопротивление батареи. Этот фактор увеличивается в основном в виде линейного наклона при более высоких скоростях разряда при постоянной температуре.
• Активационная поляризация – Относится к различным замедляющим факторам, присущим кинетике электрохимической реакции, таким как работа выхода, которую ионы должны преодолевать на стыке между электродами и электролитом.
• Концентрационная поляризация – Этот коэффициент учитывает сопротивление, с которым сталкивается процесс переноса массы (диффузии), посредством которого ионы переносятся через электролит от одного электрода к другому. Этот фактор преобладает при полной разрядке литий-ионной батареи, когда наклон кривой становится очень крутым.

Поляризационная кривая (кривая разряда) батареи показывает кумулятивное влияние падения ИК-излучения, активационной поляризации, концентрационной поляризации на Vt (потенциал ячейки). (Изображение: BioLogic)

Особенности кривой разряда

Аккумуляторы были разработаны для широкого спектра применений и обладают широким диапазоном рабочих характеристик. Например, не менее шести основных литий-ионных (Li-ion) химических процессов, каждый из которых имеет свой собственный уникальный набор функций. Кривые разряда обычно отображают Vt по оси Y и SoC (или DoD) по оси X. Поскольку производительность батареи связана с различными параметрами, такими как C-скорость и рабочая температура, каждая химия батареи имеет семейство кривых разряда, основанных на определенном сочетании рабочих параметров. Например, на приведенном ниже графике сравнивается разряд двух распространенных литий-ионных аккумуляторов со свинцово-кислотным аккумулятором при комнатной температуре и скорости разряда 0,2°C. Форма кривых расхода имеет важное значение для проектировщиков.

Кривые разряда литий-ионных аккумуляторов по сравнению со свинцово-кислотными при скорости разряда 0,2°C. (Изображение: Off Grid Ham)

Плоская кривая разряда может упростить определенные конструкции приложений, поскольку напряжение батареи остается практически постоянным на протяжении всего цикла разрядки. С другой стороны, наклонная кривая может упростить оценку SoC, поскольку напряжение батареи тесно связано с оставшимся зарядом в ячейке. Однако для литий-ионных элементов с плоскими кривыми разряда оценка SoC требует более сложных методов, таких как кулоновский подсчет, который измеряет ток разряда батареи и интегрирует ток во времени для оценки SoC.

Кроме того, мощность элементов с нисходящей кривой разряда падает на протяжении всего цикла разряда. Ближе к концу цикла разрядки может возникнуть необходимость увеличить размер батарей для поддержки приложений с высокой мощностью. Повышающий регулятор напряжения часто требуется для питания чувствительных устройств и систем, использующих батареи с круто наклонной кривой разряда.

Приведенные ниже кривые разрядки литий-ионной батареи показывают, что эффективная емкость уменьшается, если элемент разряжается с очень высокой скоростью (или, наоборот, увеличивается с низкой скоростью разряда). Это называется смещением емкости, и этот эффект характерен для большинства клеточных химических процессов.

Напряжение и емкость литий-ионной батареи снижаются при более высоких скоростях C. (Изображение: Richtek)

Рабочая температура является важным параметром, влияющим на работу аккумулятора. При очень низких температурах батареи с водными электролитами могут замерзнуть, что ограничивает диапазон рабочих температур. Литий-ионные аккумуляторы подвергаются литиевому покрытию анода при низких температурах, что приводит к необратимому снижению емкости. При высоких температурах химические вещества могут разрушиться, и батарея перестанет функционировать. В промежутке между замораживанием и химическим разрушением производительность батареи обычно сильно зависит от температуры.

На приведенном ниже графике показано влияние на производительность литий-ионных аккумуляторов при различных температурах. При очень низких температурах производительность может значительно снизиться. Но кривые разряда батареи — это только часть истории, касающейся производительности батареи. Например, чем дальше рабочая температура литий-ионного аккумулятора от комнатной (как при более высоких, так и при более низких температурах), тем больше снижается срок службы. Полный анализ всех факторов, влияющих на пригодность различных химических элементов аккумуляторов для конкретных приложений, выходит за рамки данного обзора кривых разряда аккумуляторов. Примером других способов анализа производительности различных батарей является график Рагона.

Напряжение и емкость батареи зависят от температуры. (Изображение: Richtek)

Графики Рагона

График Рагона сравнивает удельную мощность с удельной энергией различных технологий хранения энергии. Например, при рассмотрении аккумуляторов электромобилей удельная энергия относится к запасу хода, а удельная мощность соответствует ускорению.

График Рагона, сравнивающий соотношение между удельной энергией и удельной мощностью для различных технологий. (Изображение: Researchgate)

Графики Рагона основаны на гравиметрических плотностях энергии и мощности и не содержат никакой информации, относящейся к объемным параметрам. Хотя металлург Дэвид В. Рагон разработал эти графики для сравнения характеристик различных химических элементов аккумуляторов, график Рагона также полезен для сравнения любой группы устройств хранения энергии и энергетических устройств, таких как двигатели, газовые турбины и топливные элементы.

Отношение между удельной энергией по оси Y и удельной мощностью по оси X — это количество часов, в течение которых устройство может работать при номинальной мощности.