Що таке струм розряджання акумулятора. Акумулятор Delta: велике інтерв'ю з інженером компанії. Глибокий розряд - усунення наслідків

Це питання періодично задають клієнти, які купують двигун колеса, аксесуари та акумулятори для самостійного переобладнання велосипедів на електротягу. На перший погляд може здатися, що обмежень струму в електронаборах немає і їх потрібно ввести самостійно. Насправді, це не так.

І свинцево-кислотні та літій іонні акумулятори можуть короткочасно витримати без руйнування максимальний струм до 10с, тобто струм розряду, що в 10 разів перевищує їх номінальну ємність. Наприклад, свинцево-кислотні акумулятори ємністю 12 ампер годин можна короткочасно навантажувати струмом 120 ампер, а літій іонні акумулятори ємністю 10 ампер годин, можуть короткочасно видати струм 100 ампер.

Однак для постійних навантажень ці значення потрібно зменшити як мінімум у 2 рази, тобто – до 5с. У літієвих акумуляторах Volta bikes це обмеження реалізовано в електронній запобіжній схемі, вбудованій в акумулятор. Вона обмежує струм розряду до безпечної величини 5с, а напруга – до 30 вольт. При перевищенні навантаження або падінні напруги нижче встановлених меж, схема відключає акумулятор від двигуна колеса, тим самим захищаючи його і забезпечуючи розрахунковий термін експлуатації, який становить близько 5 років.

У свинцево-кислотних акумуляторах такої схеми немає. Тут максимальний струм розряду обмежує сам контролер – до максимальної величини, вказаної у характеристиках. При падінні напруги нижче 10.5 вольт (у перерахунку на один свинцево-кислотний акумулятор), контролери Volta bikes також відключають акумулятори від двигуна колеса для запобігання їх сульфатації та руйнації. Крім того в схемі електровелосипеда повинен обов'язково бути запобіжник або автоматичний вимикач, які служать захистом не тільки від короткого замикання, але і від перевантажень. При самостійному переобладнанні велосипеда на електротягу ми рекомендуємо встановлювати автоматичний вимикач на 20 ампер.

Таким чином, випадково чи навіть навмисно вийти за межі безпечних режимів експлуатації свинцево-кислотних або літієвих акумуляторів Volta bikes - не вийде. Інше питання, що повністю розряджений акумулятор будь-якого виду слід якнайшвидше поставити на зарядку і вже, у всякому разі, категорично не рекомендується кидати електровелосипед з розрядженими акумуляторами на зиму, десь у гаражі. Такі дії якраз і призводять до швидкого виходу з експлуатації всіх типів акумуляторів для електротранспорту.

Ще одна помилка - те, що акумулятори потрібно заряджати тільки після повного розряду - таким чином, нібито, забезпечується вказана в технічних характеристиках максимальна кількість циклів заряду-розряду. Подумайте: якщо Ви так будете чинити з акумулятором власного автомобіля, наприклад їздити з несправним генератором, а заряджати акумулятор вдома, після поїздок, від зарядного пристрою, то в цьому режимі роботи стартерний акумулятор прослужить у кращому випадку 2-3 місяці.

1

А гелеві свинцево-кислотні акумулятори для електробайків, та й акумулятори AGM теж відрізняються від стартерних акумуляторів тільки тим, що у них електроди товщі і вони краще зафіксовані в корпусі, для запобігання обсипанню активної маси. Тому заряджати їх слід якнайчастіше – після кожної поїздки. Те саме стосується і літій іонних акумуляторів для електробайків.

Що стосується великих струмів розряду, слід пам'ятати, що чим більше струм розряду, тим швидше він повністю розрядить акумулятори електровелосипеда або електроскутера. Струм із постійним навантаженням 1с, - розрядить якісні акумулятори будь-якого типу за 1 годину; Струм 2с - вже за півгодини, а 4с - всього за 15 хвилин. Куди ви зможете доїхати з таким споживанням електроенергії?

Тому рекомендуємо:
По-перше, - економно використовувати електроенергію, якщо потрібно збільшити відстань пробігу (на цю тему будь ласка читайте статтю), по-друге, - якщо акумулятори при стандартних для вас режимах поїздок, сідають менш ніж за 50-60 хвилин, це привід подумати про заміні їх більш потужні.

Для нормальної роботи будь-якого акумулятора потрібно завжди пам'ятати «Правило «Трьох П»:

1. Чи не перегрівати!
2. Чи не перезаряджати!
3. Чи не перерозряджати!

Для обчислення часу заряджання нікель-метал-гідридного акумулятора або батареї з декількох елементів можна використовувати таку формулу:

Час заряджання (год) = Місткість акумулятора (мАч) / Сила струму зарядного пристрою (мА)

Приклад:
Ми маємо акумулятор з ємністю 2000mAh. Струм заряду в нашому зарядному пристрої – 500mA. Ділимо ємність акумулятора на струм заряду та отримуємо 2000/500=4. Це означає, що при струмі 500 міліампер наш акумулятор з ємністю 2000 міліампергодин заряджатиметься до повної ємності 4 години!

А тепер більш детально про правила, яких потрібно намагатися дотримуватися, для нормальної роботи нікель-метал-гідридного (Ni-MH) акумулятора:

1. Зберігайте Ni-MH акумулятори з невеликою кількістю заряду (30-50% від його номінальної ємності).
2. Нікель-металогідридні акумулятори більш чутливі до нагрівання, ніж нікель-кадмієві (Ni-Cd), тому не перевантажуйте їх. Перевантаження може негативно позначитися на струмовіддачі акумулятора (здатність акумулятора тримати та видавати накопичений заряд). Якщо у вас є інтелектуальний зарядний пристрій з технологією Delta Peak» (переривання заряду акумулятора по досягненню піку напруги), то ви можете заряджати акумулятори практично без ризику перезаряджання та руйнування їх.
3. Ni-MH (нікель-метал-гідридні) акумулятори після покупки можна (але не обов'язково!) піддавати «тренуванню». 4-6 циклів заряду/розряду для акумуляторів у якісному зарядному пристрої дозволяє досягти межі ємності, яка була розгублена в процесі перевезення та зберігання акумуляторів у сумнівних умовах після виходу з конвеєра заводу-виробника. Кількість подібних циклів може бути різною для акумуляторів від різних виробників. Якісні акумулятори досягають межі ємності вже після 1-2 циклів, а акумулятори сумнівної якості зі штучно завищеною ємністю не можуть досягти своєї межі і після 50-100 циклів заряду/розряду.
4. Після розряджання або заряджання намагайтеся дати охолонути акумулятору до кімнатної температури (~20 o C). Заряд акумуляторів при температурах нижче 5 o C або вище 50 o C може значно позначитися на термін служби батареї.
5. Якщо хочете розрядити Ni-MH акумулятор, то не розряджайте його менше ніж до 0.9В для кожного елемента. Коли напруга нікелевих акумуляторів падає нижче 0.9В на елемент, більшість зарядних пристроїв, які мають «мінімальний інтелект», не можуть активувати режим заряду. Якщо Ваш зарядний пристрій не може розпізнати глибоко розряджений елемент (розряджений менше 0.9В), то варто вдатися до допомоги більш «тупого» зарядника або підключити акумулятор на короткий час до джерела живлення зі струмом 100-150мА до досягнення напруги на акумуляторі 0.9В.
6. Якщо ви постійно використовуєте ту саму збірку з акумуляторів в електронному пристрої в режимі дозаряду, іноді варто розряджати кожен акумулятор зі складання до напруги 0,9В і виконувати його повний заряд у зовнішньому зарядному пристрої. Подібну процедуру повного циклування варто робити один раз на 5-10 циклів дозаряду акумуляторів.

Таблиця заряду типових Ni-MH акумуляторів

Дані в таблиці є актуальними для повністю розряджених акумуляторів.

З досвіду експлуатації

NiMH елементи широко рекламуються, як елементи з високою енергоємністю, що не бояться холоду та не мають пам'яті. Купивши цифрову фотокамеру Canon PowerShot A 610, я природно забезпечив її ємною пам'яттю на 500 знімків вищої якості, а для збільшення тривалості зйомок купив 4 NiMH елементи ємністю 2500 ма* годину фірми Duracell.

Порівняємо характеристики елементів, що випускаються промисловістю:

Таблиця 1.

З таблиці бачимо NiMH елементи мають високу енергетичну ємність, що робить їх кращими при виборі.

Для їх заряджання було куплено інтелектуальний зарядний пристрій DESAY Full-Power Harger, що забезпечує зарядку NiMH елементів з їх тренуванням. Елементи воно заряджалося якісно, ​​але... Однак на шостій зарядці воно наказало довго жити. Вигоріла електроніка.

Після заміни зарядного пристрою та кількох циклів заряд-розряд, акумулятори стали сідати на другому – третьому десятку знімків.

Виявилося, що незважаючи на запевнення, NiMH елементи теж мають пам'ять.

А більшість сучасних портативних пристроїв, що їх використовують, мають вбудований захист, що відключає живлення при досягненні деякої мінімальної напруги. Це не дозволяє виконувати повну розрядку акумулятора. Тут і починає грати роль пам'ять елементів. Не повністю розряджені елементи одержують неповний заряд і їхня ємність падає з кожною перезарядкою.

Якісні зарядні пристрої дозволяють виконувати заряджання без втрати ємності. Але щось я не зміг знайти у продажу такого для елементів ємністю 2500маh. Залишається періодично проводити їхнє тренування.

Тренування елементів NiMH

Все написане нижче не відноситься до елементів акумуляторної батареї, що мають сильний саморозряд. . Їх можна лише викинути, досвід показує, тренування вони не піддаються.

Тренування елементів NiMH полягає в декількох (1-3) циклах розрядки - зарядки.

Розряджання виконується до зниження напруги на акумуляторному елементі до 1В. Бажано розряджати елементи індивідуально. Причина в тому, що здатність приймати заряд може бути різною. І вона посилюється під час зарядки без тренування. Тому відбувається до передчасного спрацьовування захисту за напругою вашого пристрою (плеєра, фотоапарата, ...) та подальшої зарядки нерозрядженого елемента. Результат цього наростаюча втрата ємності.

Розрядку необхідно виконувати у спеціальному пристрої (Рис.3), що дозволяє виконувати її індивідуально кожному за елемента. Якщо немає контролю напруги, розрядка виконувалася до помітного зниження яскравості лампочки.

А якщо Ви засічете час горіння лампочки, ви зможете визначити ємність акумулятора, вона обчислюється за формулою:

Місткість = Струм розрядки х Час розрядки = I х t (А * год)

Акумулятор ємністю 2500 ма годину здатний віддавати в навантаження струм 0,75 А протягом 3,3 години, якщо отриманий в результаті розрядки час менше, відповідно і менше залишкова ємність. І при зменшенні ємності Вам необхідно продовжити тренування акумулятора.

Зараз для розрядки елементів акумуляторів я застосовую пристрій, виготовлений за схемою показаною на рис.3.

Він виготовлений зі старого зарядного пристрою і виглядає так:

Тільки тепер лампочок 4 штуки, як у рис.3. Про лампочки треба сказати окремо. Якщо лампочка має струм розрядки рівний номінальному для даного акумулятора або трохи менший її можна використовувати як навантаження та індикатор, інакше лампочка лише індикатор. Тоді резистор повинен мати таку величину, щоб сумарний опір El 1-4 і паралельного їй резистора R 1-4 було близько 1,6 Ом. Заміна лампочки на світлодіод неприпустима.

Приклад лампочки яка може бути використана як навантаження - це криптонова лампочка для кишенькового ліхтаря на 2,4 В.

Особливий випадок.

Увага! Виробники не гарантують нормальну роботу акумуляторів при зарядних струмах, що перевищують струм прискореної зарядки I зар повинен бути менше ємності акумулятора. Так для акумуляторів ємністю 2500ма * год він повинен бути нижче 2,5А.

Буває, що NiMH елементи після розрядки мають напругу менше 1,1 В. У цьому випадку необхідно застосувати прийом, описаний у наведеній вище статті в журналі СВІТ ПК. Елемент чи послідовна група елементів підключається до джерела живлення через автомобільну лампочку 21 Вт.

Ще раз звертаю Вашу увагу! Такі елементи обов'язково треба перевірити саморозряд! Найчастіше саме елементи зі зниженою напругою мають підвищений саморозряд. Ці елементи легше викинути.

Заряджання переважно індивідуальне для кожного елемента.

Для двох елементів напругою 1,2 В зарядна напруга не повинна перевищувати 5-6В. При форсованій зарядці лампочка одночасно є індикатором. При зниженні яскравості лампочки можна перевірити напругу на елементі NiMH. Воно буде більше 1,1 В. Зазвичай, ця початкова форсована зарядка займає від 1 до 10 хвилин.

Якщо NiMH елемент, при форсованій зарядці протягом кількох хвилин не збільшує напругу, гріється - це привід зняти його із зарядки та відбракувати.

Рекомендую використовувати зарядні пристрої лише з можливістю тренування (регенерації) елементів під час перезаряджання. Якщо таких немає, то через 5-6 робочих циклів в апаратурі, не чекаючи повної втрати ємності, проводити їх тренування і відбраковувати елементи, що мають сильний саморозряд.

І вони Вас не підведуть.

В одному з форумів прокоментували цю статтюнаписано тупо, але більше нічого немаєТак це не "тупо", а просто і доступно для виконання на кухні кожному хто потребує допомоги. Тобто максимально просто. Просунуті можуть поставити контролер, підключити комп'ютер, ......, але це вже інша історія.

Щоб не здавалося тупо

Існують "розумні" зарядники для елементів NiMH.

Такий зарядник працює з кожним акумулятором окремо.

Він вміє:

1. індивідуально працювати з кожним акумулятором у різних режимах,
2. заряджати акумулятори в швидкому та повільному режимі,
3. індивідуальний РК-дисплей для каздого акумуляторного відсіку,
4. незалежно заряджати кожен із акумуляторів,
5. заряджати від одного до чотирьох акумуляторів різної ємності та типорозміру (АА або ААА),
6. захищати акумулятор від перегріву,
7. захищати кожен акумулятор від перезаряджання,
8. визначення закінчення зарядки з падіння напруги,
9. визначати несправні акумулятори,
10. попередньо розряджати акумулятор до залишкової напруги,
11. відновлювати старі акумулятори (тренування заряд-розряд),
12. перевіряти ємність акумуляторів,
13. відображати на РК дисплеї: - Струм заряду, напруга, відображати поточну ємність.

Найголовніше, підкреслюю, даного типу пристрою дозволяють працювати індивідуально з кожним акумулятором.

За відгуками користувачів, такий зарядний пристрій дозволяє відновити більшість запущених акумуляторів, а справні експлуатувати весь гарантований термін експлуатації.

На жаль, я таким зарядником не користувався, оскільки в провінції його купити просто неможливо, але у форумах Ви можете знайти багато відгуків.

Головне не заряджайте на великих струмах, не дивлячись на заявлений режим зі струмами 0,7 - 1А, це все ж таки малогабаритний пристрій і може розсіяти потужність 2-5 Вт.

Висновок

Будь-яке відновлення NiMh акумуляторів суворо індивідуальна (з кожним окремим елементом) робота. З постійним контролем та відбраковуванням елементів, що не приймають зарядку.

І найкраще займатися їх відновленням за допомогою інтелектуальних зарядних пристроїв, які дозволяють індивідуально виконувати відбраковування та цикл заряду – розряд з кожним елементом. А оскільки таких пристроїв, що автоматично працюють з акумуляторами будь-якої ємності, не існує, то вони призначені для елементів строго певної ємності або повинні мати керовані струми зарядки, розрядки!

Для безпечної експлуатації акумуляторних батарей необхідно дотримуватись наступних правил:

• Не створювати ланцюг короткого замикання між клемами батареї, оскільки значний струм короткого замикання зарядженої батареї здатний розплавити контакти клем і завдати термічного опіку.
• Не зберігати акумулятори в розрядженому стані. У цьому випадку відбувається сульфатація електродів та батареї значно знижують свою ємність.
• Підключати акумуляторну батарею до пристрою лише у правильній відповідності до полярності. Заряджена батарея має значний запас енергії та здатна при неправильному підключенні вивести пристрій із ладу.
• Не відкривайте корпус батареї. Гелеподібний електроліт, що міститься всередині, здатний викликати хімічний опік шкіри.
• Утилізувати батарею, що відслужила свій термін, відповідно до правил утилізації для виробів, що містять важкі метали.

Технічні характеристики

Розрядні характеристики акумуляторних батарей

Найбільш важливими показниками якості АБ є: ємність, напруга, габарити, вага, вартість, допустима глибина розряду, термін служби, ККД, діапазон робочих температур, допустимий струм заряду та розряду. Також необхідно враховувати, що всі характеристики виробник дає при певній температурі — зазвичай 20 або 25 °С. При відхиленнях від цієї напруги, характеристики змінюються, і зазвичай на гірший бік.

Значення напруги та ємності зазвичай входять у назву моделі батареї. Наприклад: - батарея напругою 12 вольт і ємністю 200 ампер * годин, гелева, глибокого розряду. Це означає, що батарея може видати в навантаження енергію 12 х 200 = 2400 Вт * год при 10 годин розряді струмом в 1/10 від ємності. При великих струмах та швидкому розряді ємність батареї знижується. При менших струмах зазвичай збільшується. Це можна побачити на графіку розрядних характеристик акумуляторних батарей. Також потрібно дивитися на розрядні характеристики на конкретні батареї. Іноді виробники в назві пишуть завищену ємність акумулятора, яка має місце тільки в ідеальних умовах - так, наприклад, робить Haze (акумулятори Haze мають реальну ємність відсотків на 10-20 нижче, ніж зазначено в назві батареї).

При розряді струмом 0,1 З час роботи становить 10 годин і батарея повністю видасть навантаження акумульовану енергію. При розряді струмом 2 С (в 20 разів більшим) час роботи буде близько 15 хвилин (1/4 години) і при цьому батарея видасть навантаження лише половину акумульованої енергії. При великих струмах розряду це значення набагато менше. Найчастіше в джерелах безперебійного живлення акумуляторні батареї працюють у ще більш важких режимах, при яких струм розряду досягає 4 С. При цьому час розряду порівняно з 5 хвилинами і батарея видає в навантаження менше 40% енергії.

Місткість батареї

Кількість енергії, яка може бути збережена в батареї, називається її ємністю. Вона вимірюється в ампер-годиннику. Одна АБ ємністю 100 Ач може живити навантаження струмом 1 А протягом 100 годин, або струмом 4 А протягом 25 годин тощо, хоча ємність батареї знижується при збільшенні розрядного струму. На ринку продаються батареї ємністю від 1 до 2000 Аг.

Для збільшення терміну служби свинцево-кислотної АБ бажано використовувати лише невелику частину її ємності до повторної зарядки. Кожен процес розряду-заряду називається зарядним циклом, причому не обов'язково повністю розряджати акумулятор. Наприклад, якщо ви розрядили акумулятор на 5 або 10% і потім знову зарядили його, це теж вважається як 1 цикл. Звичайно, кількість можливих циклів сильно відрізнятиметься при різній глибині розряду (див. нижче). Якщо можна використовувати більше 50% енергії, запасеної в АБ до її заряду, без помітного погіршення її параметрів, така батарея називається батареєю «глибокого розряду».

Можна перешкодити батареї, якщо їх перезарядити. Максимальна напруга кислотних АБ повинна бути 2,5 вольта на елемент, або 15 для 12-вольтової батареї. Багато фотоелектричних батарей мають м'яку навантажувальну характеристику, тому при збільшенні напруги струм заряду знижується значно. Тому завжди необхідно використовувати спеціальний контролер заряду для . У разі застосування вітроелектричних станцій або мікроГЕС такі контролери також обов'язкові.

Напруга

Напруга на акумуляторі часто є основним параметром, за яким можна судити про стан і рівень зарядженості акумулятора. Особливо це стосується герметизованих акумуляторів, у яких неможливо виміряти щільність електроліту.

Напруга при заряді, розряді та відсутності струму дуже сильно відрізняються. Для визначення ступеня зарядженості акумулятора вимірюють напругу на його клемах за відсутності як зарядного, так і розрядного струмів протягом як мінімум 3-4 години. За цей час напруга зазвичай встигає стабілізуватись. Значення напруги при заряді чи розряді нічого не скаже від стану чи ступеня зарядженості АБ. Приблизна залежність ступеня зарядженості акумулятора від напруги на його клемах у режимі холостого ходу наведена в таблиці нижче. Це типові значення для стартерних акумуляторів із рідким електролітом. Для герметизованих акумуляторів (AGM і гелевих) зазвичай ця напруга трохи вища (потрібно запитувати виробника) - наприклад, AGM батареї повністю заряджені, якщо напруга становить 13-13,2В (порівняйте з напругою стартерних батарей з рідким електролітом 12,5-12,7В ).

Ступінь зарядженості

Ступінь зарядженості залежить від багатьох факторів, і точно її можуть визначити тільки спеціальні зарядні пристрої з пам'яттю і мікропроцесором, які відстежують як заряд, так і розряд конкретного акумулятора протягом декількох циклів. Цей метод найбільш точний, але й найдорожчий. Однак він зможе заощадити багато грошей при обслуговуванні та заміні акумуляторів. Застосування спеціальних пристроїв, що контролюють роботу акумуляторів за ступенем їх зарядженості, дозволяє дуже підвищити термін служби свинцево-кислотних акумуляторів. Ряд пропонованих нами контролерів для сонячних батарей мають убудовані пристрої обчислення ступеня зарядженості акумулятора та регулюють заряд залежно від її величини.

Для визначення ступеня зарядженості можна використовувати також наступні 2 спрощені методи.

1. Напруга на акумуляторі. Цей спосіб найменш точний, але вимагає лише наявності цифрового вольтметра, здатного вимірювати десяті та соті частки вольта. Перед вимірами потрібно від'єднати від акумулятора всіх споживачів та всі зарядні пристрої та почекати щонайменше 2 години. Потім можна виміряти напругу на терміналах акумулятора. Нижче наведено напруги для акумуляторів з рідким електролітом. Для повністю зарядженої нової AGM або гелевої батареї напруга становить 13-13,2 В (порівняйте з напругою стартерних батарей рідким електролітом 12,5-12,7 В). У міру старіння акумуляторів ця напруга знижується. Можна виміряти напругу на кожному банку акумулятора, щоб знайти несправну банку (розділіть напругу для 12В на 6 для того, щоб визначити потрібну напругу на одному банку).
2. Другий метод визначення ступеня зарядженості - за щільністю електроліту. Цей метод підходить лише для акумуляторів із рідким електролітом.

Також потрібно почекати 2 години перед вимірюваннями. Для виміру використовується ареометр. Обов'язково одягніть гумові рукавички та захисні окуляри! Тримайте поряд харчову соду та воду на випадок, якщо вода потрапить на шкіру.

Термін служби акумуляторів

Неправильно визначати термін служби акумуляторів у роках чи місяцях. Термін служби батареї визначається числом циклів заряду-розряду і значно залежить від умов її експлуатації. Чим глибше розряджається батарея, чим більший час вона перебуває в розрядженому стані, тим менша кількість можливих циклів роботи.

Саме поняття «кількість робочих циклів «заряду-розряду» акумулятора» відносне, оскільки залежить від різних чинників. Крім того, значення кількості робочих циклів, наприклад для одного типу акумулятора, не є універсальним поняттям, оскільки залежить від технології, різної у кожного з виробників. роботи. Тому, якщо, наприклад, у рекламі зазначено, що термін служби акумуляторів становить 12 років, це означає, що виробник порахував термін служби буферного режиму з середнім числом циклів заряд-розряд 8 на місяць. Наприклад, для AGM акумуляторів Haze вказується термін служби 12 років та максимальна кількість циклів 1200 при розряді на 20%. За рік виходить 100 таких циклів, за місяць — близько 8.

Ще один важливий момент – у процесі експлуатації корисна ємність акумулятора зменшується. Всі характеристики за кількістю циклів зазвичай наводяться не до повної смерті акумулятора, а до моменту втрати ним 40% номінальної ємності. Тобто, якщо виробником наведено кількість циклів 600 при 50% розряді, це означає, що через 600 ідеальних циклів (тобто при температурі 20С і розряд струмом однієї величини, зазвичай 0,1С) корисна ємність акумулятора буде 60% від початкової . При такій втраті ємності рекомендується заміна акумулятора.

Свинцево-кислотні АБ, призначені для використання в системах автономного електропостачання, мають термін служби від 300 до 3000 циклів залежно від типу і глибини розряду. У системах на базі ВІЕ батарея може розрядитися набагато сильніше, ніж у буферному режимі. Для забезпечення тривалого терміну служби у типовому циклі розряд не повинен перевищувати 20-30% ємності АБ, а глибокий розряд – не більше 80% ємності. Дуже важливо відразу після розряду заряджати свинцево-кислотні акумулятори. Тривале перебування (більше 12 годин) у розрядженому або не повністю зарядженому стані призводить до незворотних наслідків в акумуляторах та зниження їх терміну служби.

Як визначити, що акумулятор вже близький до закінчення терміну служби?Дуже просто – у акумулятора підвищується внутрішній опір, це призводить до більш швидкого зростання напруги при заряді (і, відповідно, зниження часу, необхідного для заряду), та більш швидкого розряду акумулятора. Якщо заряд виробляється струмом, близьким до гранично допустимого, акумулятор, що вмирає, буде нагріватися при заряді сильніше, ніж раніше.

Максимальні струми заряду та розряду

Струми заряду та розряду будь-якої акумуляторної батареї вимірюються щодо її ємності. Зазвичай для акумуляторів максимальний струм заряду повинен перевищувати 0,2-0,3С. Перевищення зарядного струму призводить до скорочення терміну служби акумуляторів. Ми рекомендуємо встановлювати максимальний струм заряду трохи більше 0,15-0,2С. Дивіться характеристики на конкретні моделі акумуляторів для визначення максимального зарядного та розрядного струмів.

Саморозряд

Явище саморозряду характерно більшою чи меншою мірою всім типів акумуляторів і полягає у втраті ними своєї ємності після того, як вони були повністю заряджені без зовнішнього споживача струму.

Для кількісної оцінки саморозряду зручно використовувати величину втраченої ними за певний час ємності, виражену у відсотках значення, отриманого відразу після заряду. За проміжок часу, як правило, приймається інтервал часу, що дорівнює одній добі та одному місяцю. Так, наприклад, для справних NiCD акумуляторів вважається допустимим саморозряд до 10% протягом перших 24 годин після закінчення заряду, для NiMH - трохи більше, а для Li-ION незначно малий і оцінюється за місяць. Саморозряд у герметизованих свинцево-кислотних акумуляторах значно зменшений і становить 40% на рік при 20°З 15% при 5°С. За більш високих температур зберігання саморозряд збільшується: при 40 ° С батареї позбавляються 40% ємності за 4-5 місяців.

Слід зазначити, що саморозряд акумуляторів є максимальним саме в перші 24 години після заряду, а потім значно зменшується. Глибокий його розряд та наступний заряд збільшують струм саморозряду.

Саморозряд акумуляторів переважно обумовлений виділенням кисню на позитивному електроді. Цей процес ще більше посилюється за підвищеної температури. Так, при підвищенні навколишньої температури на 10 градусів по відношенню до кімнатної можливе збільшення саморозряду вдвічі.

Певною мірою саморозряд залежить від якості використаних матеріалів, технологічного процесу виготовлення, типу та конструкції акумулятора. Втрати ємності можуть бути викликані пошкодженням сепаратора, коли утворення кристалів, що злиплися, пробивають його. Сепаратором прийнято називати тонку пластину, що розділяє позитивний та негативний електроди. Це зазвичай відбувається через неправильне обслуговування акумулятора, його відсутність або застосування невідповідних або неякісних зарядних пристроїв. У зношеного акумулятора пластинки електродів набрякають, злипаючись один з одним, що призводить до підвищення струму саморозряду, при цьому пошкоджений сепаратор неможливо відновити проведенням циклів заряду/розряду.

Каргієв Володимир, «Ваш Сонячний Дім»
©При цитуванні посилання на цю сторінку та на «Ваш Сонячний Дім» обов'язкове

ГЛОСАРІЙ

Місткість (С)- Енергія, яку здатний віддати акумулятор у навантаження, що виражається в ампер-годинниках (А·год, мA·год). Вона буде більшою за таких умов: менший струм розряду, розряд з меншими перервами, вищу температуру навколишнього середовища, а також нижчу кінцеву напругу.

Номінальна ємність- номінальне значення ємності: кількість енергії, яку здатний віддати повністю заряджений акумулятор при розряді в певних умовах.

Саморозряд- Втрата ємності без зовнішнього споживача струму.

Строк служби батареї— напрацювання, при якому розрядна ємність стане меншою за певну нормовану величину, зазвичай оцінюється робочою кількістю циклів «заряд-розряд».

Давайте заглянемо в кулуари компанії і поставимо кілька запитань інженеру компанії, що постачає на російський ринок одні з найкращих AGM і GEL акумуляторів.

– Здрастуйте, Михайле, розкажіть, будь ласка, про технологію виготовлення та особливості акумуляторів Delta

Здрастуйте, Сергію! Більшість серій акумуляторів DELTA виготовляються за технологією AGM (Absorber Glass Mat – прим. ред.). Дана технологія дозволяє позбавитися використання електроліту в рідкому стані. В акумуляторах AGM технології використовується сепаратор (розділювач свинцевих пластин - прим. ред.), Виготовлений зі скловолоконного матеріалу, що володіє коефіцієнтом вбирання 10-11 до 1 за вагою, і просочений електролітом.

Електроди компонуються по черзі, перемежуючись абсорбер-сепаратором, і щільно спресовуються в елемент акумуляторної батареї. Пресування запобігає обсипанню пластин. Все це дає AGM АКБ стійкість до вібрацій, дозволяє суттєво збільшити термін служби батарей і, за бажання, експлуатувати акумулятор не тільки у вертикальному положенні (нагору дном не рекомендується – прим. ред.). Тепер не треба доливати воду в електроліт для досягнення необхідної концентрації, AGM батареї необслуговуються. Гази, що виділяються - водень, кисень рекомбінують всередині корпусу і не залишають батарею.

– А як справи з гелевими батареями?

У серіях (серії GX, GSC – прим. ред.) як електроліт використовується композитний гель, що забезпечує стійкість акумуляторів до глибоких розрядів і високу температурну стабільність.

– Який максимальний зарядний струм без шкоди для терміну служби АКБ можна використовувати для акумуляторів серії DTM, HR, HRL, GX?

Для свинцево-кислотних акумуляторних батарей, виконаних за технологією AGM ( DTM, HR, HRL), обмеження струму при заряді постійною напругою становить 30% від номінальної ємності при десятигодинному розряді, тобто. 0,3 С10 [А]. Для свинцево-кислотних акумуляторних батарей, виконаних за технологією GEL, це значення становить 0,2 С10 [А]. Наприклад, для акумулятора Delta HRL 12-100 номінальна ємність при десятигодинному розряді становить 100 Ач, а максимальний струм заряду не повинен перевищувати 0,3×100 Ач = 30 А. Для акумуляторів Delta всіх серій дані параметри наведені в документації.

– Чим важливо з погляду споживача різняться між собою серії HR і HRL?

Основною важливою відмінністю, з погляду споживача, між серіями АКБ і є термін служби батареї. Для АКБ серії HR проектний термін служби становить 5 років у буферному режимі, а для батарей серії HRL дані параметр знаходиться на рівні 10-12 років.

Для 3-х старших моделей серії HR термін служби також становить 10 років. Основні відмінності в тому, що технологічно HRL застосовуються додаткові агенти (спеціальні хімічні компоненти, що додаються до складу активної маси електродів – прим. ред.) для підвищення стійкості до впливу несприятливих факторів і зниження швидкості корозії і деградації елементів при впливі цих факторів. Тобто. в ідеальних умовах три старші моделі HR пропрацюють стільки ж або майже стільки ж, як і HRL. Але з появою стрес-факторов: недотримання температурних режимів експлуатації, перевищення допустимої величини струму заряду, глибокий розряд, зберігання у розрядженому стані тощо. , Різниця стане очевидною і позначиться на швидкості старіння і як наслідок - на термін експлуатації батареї.

Плюс до цього, серія HRL має підвищену енерговіддачу на коротких розрядах.

– Чи є якась перевага у серії HR над DTM при розрядах тривалістю понад 2 години?

Серія DTM є універсальною та використовується як у слаботочних системах, так і в системах безперебійного живлення. Серія HR відноситься до лінійки DELTA UPS Series, розробленої спеціально для використання у джерелах безперебійного живлення. Принциповим є наступний аспект: зміщуючись від серії до серії «вгору по сходах» від молодшої до старшої (DTM->DTM-L>HR->HR-W->HRL->HRL-W), відбувається ряд змін у технологічній складовій, т. .е. застосовуються додаткові присадки, агенти та інші недешеві модифікатори, здатні підвищувати не тільки розрядні характеристики у певних діапазонах, але також, що впливають на стійкість до корозії зокрема та деградації елементів загалом.

– Розкажіть, будь ласка, докладніше про деградаційні процеси.

Добре! До таких процесів можна віднести:

• Корозію решітки позитивного електрода - протікання реакції з утворенням сульфату свинцю внаслідок прямого контакту активної позитивної маси з матеріалом решітки. При правильному поєднанні складу сплаву, концентрації кислоти та температури експлуатації швидкість руйнування може суттєво знижуватися. При корозії решітки позитивного електрода збільшується перехідний опір на межі решітки з активною масою, що знижує ємність батареї.
• Деградація активної маси позитивного електрода викликається електричними та хімічними процесами при роботі АКБ у циклічному режимі. Приводить до розпушування активної маси, втрати контакту частинок з основною масою та виключення їх з участі в основній реакції заряд/розряд.
• Сульфатацію – процес утворення сірчанокислого свинцю на катоді та аноді. Через низку причин, таких як: глибокий розряд, хронічний недозаряд – низька напруга заряду, зберігання без підзаряду, високі температури, що не підлягають відновленню при заряді.
• Висихання – втрата води електролітичного розчину. Втрата води в герметизованих системах відбувається при скиданні надлишкового тиску, що виникає внаслідок прискореного утворення водню та кисню за недотримання правил експлуатації батареї.
• До можливих наслідків старіння акумуляторної батареї також відносяться обсипання активної маси пластин та коротке замикання.

– У АКБ серії HRL-W у найменуванні фігурують ВАТ, чому не АЧ? Як правильно зробити розрахунок ємності таких АКБ?

У назві моделей батарей серії HRL-W (АКБ із збільшеною енерговіддачею) вказано потужність розряду [Вт/Елемент] при 10-хвилинному розряді для підвищення оперативності під час проведення розрахунків часу автономної роботи споживача у системах безперебійного електропостачання. Маючи в назві цей показник можна провести оцінний розрахунок, не звертаючись до розрядних таблиць, та оперативно підібрати модель. При цьому дуже зручно, що ємності батарей DELTA даної серії вказані в маркуванні батарей, на відміну від ряду виробників, які використовують цей прийом без ємності.

Технологічно можливо досягти підвищення енерговіддачі [Вт/Елемент] при коротких розрядах, одночасно зменшуючи кількість свинцю, знижуючи собівартість, але при цьому зменшуючи термін служби батареї та її ємність при десятигодинному розряді. Несумлінні виробники батарей AGM можуть користуватися таким прийомом.

Місткість таких батарей слід уточнювати в дата-листі до акумулятора.

– Яку гранично низьку залишкову напругу на AGM та GEL АКБ слід встановлювати в налаштуваннях інвертора для коректної та тривалої роботи акумулятора у разі рідкісних розрядів.

Величина рекомендованої граничної напруги закінчення розряду (залишкова напруга) залежить від струму розряду: Чим менший струм, тим більше значення напруги відключення споживача. Так наприклад, при розряді 0,2С-ном і менш не бажано регулярно розряджати батарею нижче 1,8Вел. А при розрядах великими струмами 1С-ном і допустимо знижуватися до значення напруги відключення споживача 1,6-1,65 В/ел.

Розрядні характеристики

Наприклад, АКБ при розряді струмом понад 100 А не рекомендовано розряджати більше, ніж до рівня 9,6, а при струмах розряду менше 20 А рекомендований рівень залишкової напруги становить 10,8 В

– Деякі виробники заявляють про можливість роботи своїх акумуляторів AGM при температурах до -60 градусів. Як ви це прокоментуєте?

При температурі навколишнього середовища -60 ° С повноцінної працездатності без підігріву свинцево-кислотних батарей домогтися не вийде. Це з зниженням ефективності протікання хімічних процесів. Необхідно пам'ятати: що більше струм розряду під час роботи у негативних температурах, то істотніша втрата ємності. Тобто. втрата ємності при розряді струмом 1С-ном та 0,1С-ном може відрізнятися в 5-6 разів. Набагато складніше за такої температури зарядити батарею. Наприклад, вже при -30° ємні батареї типу OPzV практично не споживають струм заряду.

Т.к. Зарядити при низьких температурах без попереднього підігріву батареї вкрай складно, а іноді неможливо, виникає ризик замерзання електроліту. Наприклад, у зарядженому стані щільність електроліту становить 1,26 – 1.3 г/см³, за такої щільності температура замерзання -60°C, а при повністю розрядженій АКБ концентрація становитиме 1,18 – 1,22 г/см3 та температура замерзання – від мінус 22 до -40°С.

При замерзанні електроліт збільшується в об'ємі (щільність у твердому стані нижче) і як наслідок відбувається пошкодження пластин і корпусу. Краще при негативних температурах почуватимуться батареї з більш тонкими електродами, кількість яких буде більшою ніж у AGM стаціонарних батарей (наприклад, стартерні АКБ). Це з більшою сумарною площею поверхні електродів, тобто. великим обсягом активної маси, що входить у реакцію. Але тонкі пластини що неспроможні забезпечити стійкість до корозії, т.к. їх товщина менша, то й деградують вони швидше. І як наслідок доводиться вибирати: найкращі розрядні характеристики чи більший термін служби.

Короткий підсумок простими словами:

• По-перше, при розряді зменшується концентрація електроліту, що підвищує температуру його замерзання, що може призвести до пошкодження корпусу АКБ (можливість розряду без замерзання електроліту на 10-15%).
• По-друге, якщо АКБ розряджати не сильно, до стану, коли електроліт ще не замерзає, то зарядити його вже не є можливим, через багаторазове уповільнення перебігу хімічних реакцій. Це означає, що при температурі експлуатації мінус 60 ° С акумулятор стає одноразовим.

– При роботі з ДБЖ чи інверторами чи потрібно робити тренувальні цикли? Якщо так, як часто і до якої глибини слід розряджати акумулятори?

Контрольно-тренувальний цикл (КТЦ) – це операція, що дозволяє, в першу чергу, визначити залишкову ємність акумуляторних батарей. КТЦ потрібно проводити для більш точного розуміння стану батарей і своєчасного проведення заміни. КТЦ проводиться шляхом повного заряду АКБ з наступним розрядом фіксованим за величиною струмом, що дорівнює 10% від номінальної ємності. Фіксується час розряду. Величина залишкової напруги при десятигодинному розряді вказана в документації і становить 1,8 В/Ел. За часом розряду визначається залишкова ємність батареї.

Перед експлуатацією свинцево-кислотних АКБ рекомендується виробляти заряд, що вирівнює. Заряд, що вирівнює, застосовується, коли є розкид за напругою на акумуляторах (елементах або моноблоках) – більше +/-1%. Розкид може виникнути між АКБ в одному ланцюгу, так і між елементами одного АКБ в умовах глибокого розряду або хронічного недозаряду. Незаряджений АКБ, включений послідовно в ланцюг з іншими АКБ, розрядиться швидше, не віддасть заявлену енергію і піддасться впливу деградаційних процесів, пов'язаних із надто глибоким розрядом. Відповідно, при заряді ланцюга АКБ "перерозряджений" акумулятор не відновить свій заряд на 100% і з часом почне згубно впливати на стан АКБ всього ланцюга, які також будуть піддаватися надто глибокому розряду. Щоб уникнути цієї ситуації, необхідно перед введенням системи в експлуатацію провести вирівнюючий заряд ланцюга акумуляторних батарей.

Вирівнюючий заряд проводиться підвищеною постійною напругою (Не вище 14,4 В) не більше 48 годин до моменту, коли струм заряду залишається незмінним протягом 2 годин. При перевищенні максимальної температури батареї в 50 °С заряд слід призупинити на кілька годин для охолодження АКБ.

На наші запитання відповідав Михайло Фролов, інженер з АКБ Delta

На даний момент свинцево-кислотні АКБ є найпоширенішими. На ринку представлено безліч виробників таких батарей. Кожен виробник прагне покращити параметри своєї продукції та докладає до цього багато зусиль. Але, при недотриманні рекомендованих параметрів та умов експлуатації, можуть бути зіпсовані навіть невибагливі та надійні моделі свинцево-кислотних АКБ. Правильна експлуатація може суттєво продовжити термін експлуатації навіть недорогих АКБ (таких як серія Delta DT). Хоча AGM батареї і є необслуговуваними, все ж таки увагу їм варто приділяти.

– Дякую за розгорнуті відповіді, Михайле!

Будь ласка! Будуть запитання – звертайтесь!