20 відгуків
emoji-quarantineМагазин тимчасово не працює. Все буде Україна!
Сонячні електростанції SolarLab
+380501084090
+380 (50) 108-40-90
+380 (98) 008-40-90

Акумулятори

Основні види акумуляторних батарей

- свинцево-кислотні

- нікель-кадмієві (варіант – нікель-залізні метал-гидридні)

- літієві

Назви відображають відмінності активних матеріалів в конструкції. Свинцево-кислотні – зі свинцевими пластинами і кислотним електролітом, у нікель-кадмієвих – одна пластина містить нікель, а інша – кадмій (іноді залізо), електролітом тут виступає луг. В літієвих батареях застосовується твердий електроліт, а у вигляді електродів – літій (негативний потенціал) та інші матеріали (нерідко полімерного походження).

Ключові параметри акумуляторів:

- напруга елемента, яке може змінюватися в межах від 1 до 3,6 Ст.

- ємність (запас енергії, який може живити навантаження з певною силою струму протягом певного часу, вимірюється в ампер-годинах – Ач).

- кількість циклів заряду-розряду, що прямо пов'язано з терміном служби АКБ.

- діапазон робочих температур, глибина розряду, значення струмів заряду і розряду.

Найпоширеніші акумулятори на сьогоднішній день – це свинцево-кислотні (СК). Вони характеризуються відносною простотою і доступністю. При виготовленні СК використовуються відносно недорогі матеріали: свинець в якості електродів і розчин сірчаної кислоти. Стандартний елемент має напругу 2 В, а діапазон ємностей АКБ варіюється в діапазоні від часток Ач до тисяч Ач. Такі АКБ широко застосовуються в якості стартерних в автомобілі. Промислові моделі зазвичай відрізняються за виконанням і характеристиками.

Нікель-кадмієві (ПК) акумулятори відносяться до групи лужних. Тут одна пластина містить гідроксид кадмію, інша – гідроксид нікелю. Активний матеріал у вигляді порошку запресований у пластини, що представляють собою гратчасту або перфоровану структуру Перфорація забезпечує обмін зарядами через електроліт. Втім, бувають і інші варіанти конструкції, наприклад, з так званими «спечені електродами».

Акумулятори ПК відрізняються високою надійністю. Одне з головних їхніх переваг – низька чутливість до перепадів температур вони перевершують свинцево-кислотні. Тому для роботи в особливих кліматичних умовах, низьких і високих температурах вибираються саме НК. Вони невибагливі, не бояться глибокого розряду, перезаряду, вони не можуть раптово вийти з ладу, що іноді трапляється з акумуляторами СК. Як наслідок, і термін служби добре зроблених ПК помітно перевершує стандартний термін служби для СК у півтора-два рази – 15-25 років проти 5-10-ти.

Літієві батареї, перш відомі головним чином по батареям в мобільних телефонах або в ноутбуках. Раніше в серйозних потужних системах літій-іонні акумулятори не застосовувалися через дорожнечу. Однак в останні кілька років все рішуче змінилося. По-перше, літієві батареї майже однакові за вартістю з традиційними АКБ (з ПК практично зрівнялися, і лише вдвічі дорожче СК). А по-друге, як з'ясувалося, літій-іонні (точніше, літій-залізо-фосфатні) акумулятори перевершують всі інші по всім статтям. Який параметр не візьми, будь то температурний діапазон, ресурс служби, стійкість до глибоких розрядів – скрізь вони кращі. Додамо сюди ще кращий показник питомої енергії запасається, тобто максимальний запас енергії в мінімальному обсязі – і стане ясно, що за цими АКБ майбутнє. Сьогодні вони в основному використовуються в електромобілях, але вже поступово завойовують місце і в інших сферах. Особливо цікаво напрямок альтернативної енергетики.

Ємність АКБ зазвичай прив'язують до часу, тому на виробі можна зустріти позначення: 5, 10 або 20. Найбільшу абсолютну ємність АКБ мають при тривалому розряді в стаціонарному режимі. Ємність при віддачі за короткий час менше.

Значення ємності багато в чому залежить від температури експлуатації. Номінальна ємність нормується для кімнатної температури, при підвищенні температури ємність зростає, при зниженні – знижується, причому дуже швидко, експоненціально (уповільнення хімічних процесів). Скажімо, на нульовій температурної позначки в залежності від струму ємність може впасти на 50-70% для різних типів АКБ. Найбільш чутливі в цьому плані свинцево-кислотні АКБ: робочий температурний діапазон для них – від -30 до +40°С, а самі стійкі нікель-кадмієві та літієві – від -40-50 до + 50-60°С. Перевищення цих норм, особливо в бік тепла, призводить до різкого скорочення терміну служби.

Ємність залежить від тривалості заряду, і у кожної АКБ такий час задано. Зазвичай вони заряджаються кілька годин, наприклад, свинцево-кислотні залежно способу заряду можуть заряджатися від 8 до 48 годин. Нікель-кадмієві можна зарядити до 90% за кілька годин, а літієвим для повного заряду вистачить і години (а для деяких типів літієвих батарей – і 20 хвилин).

Строк служби. Зазвичай за норму приймається розрахунковий термін служби в АКБ в режимі буферного підзаряду (коли акумулятор постійно підключений до джерела постійного струму). Тобто вони періодично знаходяться в цьому режимі і іноді, від випадку до випадку розряджаються. У свинцево-кислотних, наприклад, такий строк становить 3-5 років, але може бути і 10-15, у найбільш просунутих – 8-20 років, є й інші, які служать ще більше. Все залежить від виконання АКБ, від технологи і, від складу активних матеріалів, від якості матеріалу, добавок. Чистота матеріалу – це дуже важливий фактор, оскільки перероблений свинець рафінувати до безкінечності неможливо, змінюється структура матеріалу, і термін служби різко знижується. На жаль, в Україні така продукція може іноді зустрічатися.

Найбільш довговічні АКБ свинцево-кислотного типу – це АКБ суцільного свинцю. Так звані елементи Планте, або як їх зараз називають GroE, можуть бути і 20, і 30 років.

Гелеві або так звані AGM батареї. У них простір між пластинами заповнюється пористим губчастим речовиною, зазвичай це стеклокапиллярный матеріал, серветка з скловолокна, яка насичується електролітом (тільки електроліт тут більш рідкий). За рахунок довгого шляху, який кисню і водню потрібно пройти по лабіринтах цієї губки, рекомбінація виходить ще ефектніше, ніж в гелі. Ось чому ці АКБ і називаються AGM – Absorbent Glass Mat, або абсорбція в скловолоконному матеріалі.

 

Гелеві АКБ мають досить сильний плюс – більший циклічний ресурс. Якщо говорити про глибокому розряді, то гелеві глибокого заряду і розряду можуть забезпечити вдвічі, а то і втричі більше циклів. Гелеві можуть мати 500-600 циклів, a AGM – 250-300 (є винятки), причому пристрою приблизно одного рівня за якістю. З-за свого потенціалу циклічності гелеві АКБ і коштують дорожче. Їх бажано застосовувати в системах, що мають стаціонарний тривалий розряд, і точно так само неспішно можуть заряджатися, тому що заряд великим струмом веде до їх руйнування.

Літієві батареї застосовуються вже не тільки в електромобілях, але і телекомунікації, джерела безперебійного живлення, системах резервного живлення і в альтернативній енергетиці, де потрібен великий циклічний ресурс батарей.

Термін служби літієвих батарей на сьогодні на позначці 15 років. У свинцево-кислотних очікуваний строк служби, у батарей середньої ємності, 30-300 Ач, – 10-12 років. Але в реальних умовах, з поправкою на умови експлуатації, з урахуванням людського фактора, цей строк служби зазвичай 7-8 років. У літій-іонних – 15.

Циклічний ресурс у свинцево-кислотних, найкращих, найбільш поширених, зазвичай в межах декількох сотень циклів глибокого розряду, максимум 600-700. У літієвих батарей – 4000 циклів.

Літієві батареї абсолютно іншого типу, ніж СК. По-перше, вони керовані на програмному рівні, вони не можуть працювати без блоку управління BMS. По суті, це комп'ютер, який відстежує всі параметри, стежить за зарядкою, припиняє розряд, фіксує параметри опору – і все це транслює на монітор. Звичайні батареї – це взагалі чорний ящик, там важко навіть визначити, з якої причини батарея вийшла з ладу, чому втратила ємність. Тут же ми всі бачимо, можемо подивитися історію, скільки циклів розряду пройшла батарея.

Застосування акумуляторів

В енергетиці акумуляторні ба­тареі застосовуються дуже широко. У величезному господарстві электростан­станцій, підстанцій, систем різної автоматики, механіки спостереження обов­обов'язково присутні батареї. У багатьох виробничих процесах АКБ несуть місію безпеки і резервного живлення. Подача мас­ла насосами на підшипники в генера­торі – безперервний процес, кото­рий не повинен перериватися. І тут потрібна АКБ для резервування піта­ня. Причому підійде батарея любо­го типу, тому що якихось великих толчковых струмів тут не потрібно.

А ось при аварійних включеннях потрібні великі пускові, відштовхувальні струми, короткотривалі, які тривають частки секунди, включення – і струм закінчується. Тут пригодят­ся свинцево-кислотні акумулятори типу GrоЕ.

в енергетиці все частіше при­змінюють стаціонарні необслу­живаемые акумулятори герме­тизированного типу АGМ, хоч дорогу ці сучасні рі­ня у консервативній енергетичної середовищі пробивали з тру­будинок. Доводилося чути від постачальників досаду на привер­відданість до старих наливним систем саме в енергетиці.

телекомунікації (мо­мобільні оператори, системи фіксованого зв'язку) використовуються, як правило, стаціонарні СК акку­муляторы, тому що в телекомунікаціях використовується продолжитель­ний стаціонарний розряд і не потрібні динамічні режими. Важливий пара­метр тут – термін служби. На учас­ках, де можливий глибокий розряд, встановлюються СК з трубчастими пластинами типу OPzS або OPzV, про­ладающие, до речі, солідним ресурсом циклічного розряду – 1500 циклів.

В системах, де навантаження невелика, де потрібна ємність десятками або не­великими сотнями ампер-годин, використовуються герметизовані акумулятори типу АGМ, рідше гелеві. В телекомунікаціях в шафах з обладнанням рідко хто застосовує якісь інші акумулятори, крім герме­тизированных, критеріями їх підбору можуть бути хіба що ємність і напруга. За габаритними розмірами вони уніфіковані і зручно влаштовуються в шафах електроживлення, у джерела­никах безперебійного живлення, поруч з чутливою електронікою.

На транспорті також роль АКБ працю­але переоцінити. На залізниці батареї служать для резервування функцій включення-відключення, в локомотивах, електропоїздах та теплово­зах, а також для автономного живлення у вагонах. На ходу вагон живиться від генератора, і він же заряджає ці ак­кумуляторы, а на стоянці ці АКБ дають освітлення, вентиляцію, кондиціювання у вагони. На залізниці до­розі застосовуються як свинцево-кислотні, так і нікель-кадмієві та нікель-залізні, причому останні, лужні, чаші.

На міському електротранспорті зазвичай в роботі нікель-кадмієві, там сильні вібрації, низькі-висо­кі сезонні температури, там СК не витримає. АКБ на електротранспорті можуть виконувати кілька функцій, наприклад, в метро – резервування відкривання дверей і роботи автома­тики, в трамваї – електромагнітний гальмо, такий черевик, який притя­гується під напругою до рейок і гальмує.

На промислових підприємствах прикладів застосування АКБ не пере­честь. На кожному великому заводі є свої підстанції, ДБЖ, система ава­рийного харчування. Тому застосуван­ня – дивись вище.

Близькі до електротранспорту, напри­заходів, шахти. Там рідко буває контакт­ва мережа (небезпечно по газу, по пилу), тому вугілля вивозиться електровозами з вагонетками, які приводять в рух АКБ тягові.

Традиційно в шахтах застосовуються нікель-залізні АКБ і нікель-кадмієві, але вже кілька років у шахтах в рухомому електротранспорті роботи­тануть і свинцево-кислотні. Теж тягові, які мають хороші поки­показники і дешевше (нікель-кадмієві щодо надійності і безпеки вище, але вони дорожче вдвічі-втричі).

То до промисловості, то до транспорту можна віднести погру­зочно-розвантажувальний парк. Це теж дуже велика сфера: склади, мага­зіни, логістичні центри, заводи, тут в основному використовуються кислотно-свинцеві тягового призначення з трубчастими пластинами (а сьогодні вже і літієві). До тяговим акумулят­торам підвищені вимоги по механічній стійкості. Також вони повинні бути стійкі до циклічного режиму дня: день розряджаються, але­чию заряджаються; і якщо це хороший тяговий акумулятор на 1500 циклів, та ми маємо на увазі 250 робочих днів, то вистачить його на 6 років.

Приватний сектор. Тут системи безпеки­безпеки, сигналізації, це будь-який кіоск, магазин і приватна сигналізація в будинках. Тут застосовують АКБ АGМ-типу, невеликої ємності, 5-20 Ач.

Коли люди хочуть за­резервувати собі якісь системи, на­приклад, газові котли з власної систе­мій прокачування і елек­троприводом – тут потрібні АКБ АGМ типу великої ємності, можна гелеві, якщо грошей більше.

Об'єкти малого бізнесу. Зазвичай це ДБЖ. Але ті, що застосовуються в банках, офісах, зазвичай розраховані на нетривалий час роботи, на 5-10 хв, рідко на годину. Як прави­ло, такі ДБЖ можуть працювати тільки від батареї обмеженою ємності.

Для житла такі джерела беспе­ребойного харчування неприйнятні, вони зашивають найважливіші функції на короткий час. Для житла потрібно ду­мати про великому часу резервиро­ня. Тут потрібен дуже потужний зарядний пристрій, здатне під­тримувати АКБ дуже великої ємності, забезпечуючи багатогодинну авто­номность, може, добову.

Наскільки вам зручно на сайті?

Розповісти Feedback form banner