Основні характеристики акумуляторів

Акумуляторна батарея – найважливіша складова систем резервного та автономного електропостачання окремих електричних приладів або цілих об’єктів промислового та побутового призначення. На сьогоднішній день широкого застосування отримали акумулятори свинцево-кислотного типу (AGM VRLA та GEL VRLA), OPZS, OPZV, а також нікель-кадмієві (Ni-Cd) та літій-іонний типи (Li-ion, LiFePO4, Li-pol).

Виникнення хімічних джерел живлення почалося ще в 1800 році, коли відомий італійський учений Алессандро Вольта помістив пластини з міді та цинку в кислоту та отримав безперервну напругу (Вольтовий стовп). Сучасні свинцево-кислотні акумулятори, як відомо з назви, складаються із свинцю та кислоти, де позитивно зарядженим елементом є свинець, а негативно зарядженим – оксид свинцю. Найпоширеніша акумуляторна батарея складається із шести банок по 2В і має загальну напругу 12В.

Технічні характеристики акумуляторних батарей

Якість акумуляторів можна визначити за кількома важливими властивостями:

• Місткість, Ампер/година;
• Напруга, Вольт;
• Допустима глибина розряду, %;
• Термін служби, років;
• Діапазон робочих температур, ° С;
• Саморозряд, %;
• Габарити, мм;
• Вага, кг;
• Струм заряду, А;

Порада! strong> Обов’язково враховуйте, що всі наведені виробником характеристики батарей вказуються для температури 20 – 25 ° С, при зниженні та підвищенні температури навколишнього середовища, де буде експлуатуватися акумулятор, показники характеристик змінюються, як правило, він знижуються.

Ємність аккумулятору

Цей параметр відображає кількість енергії, яку може зберегти батарея, вимір проводиться в Ампер * годинах. На даний момент в Україні можна купити акумулятори ємністю від 0,6 до 4000Ач. Наприклад, батарея з ємністю 200Ач здатна забезпечити електроживленням навантаження струмом 2А протягом 100 годин, або струмом 8А протягом 25 годин і т.д. вказують ємність із додатковим параметром – З.

Додаткова, але дуже важлива характеристика, що маркується латинською літерою «C» з числовим параметром, як правило від 1 до 48 годин і вказує на ємність акумуляторної батареї при розряді в певний проміжок часу (C1, C5, C10, C20 і т.д.) . Значення C10 прийнято вважати стандартним значенням і переважна кількість виробників вказує ємність при 10-годинному розряді. Наприклад, ємність 100Ач при C10 означає, що батарея забезпечить цю ємність при 10-годинному розряді, ця ж батарея при C5 матиме меншу ємність – 80Ач при C5, а якщо розряд відбуватиметься протягом 20 годин, то ємність зросте і складе близько 115Ач при С20. Таким чином, при виборі ємності акумуляторної батареї необхідно обов’язково враховувати час, протягом якого буде здійснюватися розряд, це має велике значення.

Малюнок №1. Залежність ємності акумулятора AGM VRLA від часу розряду.

Порада! Зверніть увагу, що деякі виробники та організації, що торгують, можуть вказувати значення ємності при C20. Це зроблено для штучного завищення показника за постійної вартості акумулятора.

У процесі експлуатації ємність поступово знижуватиметься, це природний процес «старіння» батареї, який виникає через зниження щільності свинцевих пластин і часткової втрати первинного свинцю позитивних і негативних пластин. Висока інтенсивність використання та глибокі розряди призведуть до швидкого зносу позитивних та негативних платин акумулятора та виходу його з ладу. Щоб цього не відбувалося, слід передбачати резервний запас ємності. Для збільшення ємності батарейного кабінету застосовуються кілька акумуляторів із паралельним з’єднанням.

Напруга батареї

Рівень напруги – ключова характеристика, за якою відбувається вибір акумулятора. На сьогоднішній день поширені елементи та акумулятори з такими значеннями напруги: 1.2, 2.4, 6, 12В. Батарейний банк з вищою напругою (24, 48, 96В і т. д.) збирається за допомогою кількох 12В акумуляторів із послідовним типом підключення.

За допомогою вимірювання рівня напруги можна оцінити ступінь зарядженості та ступінь зношування необслуговуваних типів батарей (AGM і GEL VRLA) Вимірювання напруги проводиться протягом кількох годин, коли акумулятор повністю не діє і відключений від зарядного пристрою. Нормальний рівень для батарей AGM вважається від 13 до 13,2В.

Допустима глибина розряду

Різні типи та підтипи акумуляторів мають рекомендовані параметри глибини розряду. Нижче наведена таблиця №1, в якій вказані найбільш поширені характеристики акумуляторів допустимої та рекомендованої глибини розряду.

Таблиця №1. Значення допустимих та рекомендованих значень розряду акумуляторів.

Рівень розряду є ключовим фактором у терміні служби акумулятора поруч із інтенсивністю експлуатації. Навіть найдорожчу та якісну свинцево-кислотну батарею можна вивести з ладу за 7-10 днів, якщо виробляти повний 100% розряд до напруги 9В кілька разів поспіль.

Найбільш стійким до глибоких розрядів є літій-іонні та нікель-кадмієві, а також спеціалізовані свинцево-кислотні батареї, оптимізовані розробниками для глибоких розрядів. Зазвичай такі серії містять у назві слово Deep, що в перекладі означає Глибоко.

Розряди в межах рекомендованих значень забезпечать значне збільшення терміну служби.

Термін служби акумулятора

Сучасні свинцево-кислотні батареї оптимізовані для різноманітних режимів роботи. Одні мають менший термін служби, але забезпечують більш високу розрядну характеристику, інші – більший, але підходять для рідкісних розрядів та роботи в буферному режимі тощо. Тому якщо виробником зазначений термін служби 10 років, ця інформація відповідає ідеальному режиму експлуатації, коли не перевищується циклічний ресурс і, що важливіше, глибина розряду. Наведемо приклад: якщо виробник зазначив, що термін служби акумулятора 10 років і допускається кількість циклів заряд/розряд – 600 із глибиною 50%. Акумулятор може відслужити вказаний термін за ідеальних умов експлуатації та не більше ніж п’ять циклів на місяць. Цей режим повністю відповідає буферному типу.

Термін експлуатації повністю залежить від кількості скоєних циклів заряду та розряду, а також залежить від навколишнього середовища, де встановлена ​​батарея. Як зазначалося вище, що сильніше розряджається акумулятор і що довше він перебувають розрядженому стані, тим менше він прослужить. Чим вище навколишня температура, тим активніше проходить хімічна реакція і тим більше піддаються руйнуванню свинцеві пластини.

У таблиці №2 наведено зразкові значення терміну служби та циклічного ресурсу акумуляторів залежно від їх типів. Дані відповідають оптимальній температурі експлуатації 20 – 25°С.

Таблиця №2. Ресурс залежить від типу акумулятора.

Малюнок №2. Залежність циклічного ресурсу від глибини розряду.

Діапазон робочої температури

За винятком літій-іонного типу, де використовується мінерал – літій, принцип роботи акумуляторів ґрунтується на хімічних елементах та взаємодії між ними. Тому практично всі основні характеристики акумуляторів залежать від температури навколишнього середовища. Як правило, при підвищенні температури термін експлуатації знижується, причому якщо температура вище ~35°С, термін служби свинцево-кислотних батарей AGM скоротиться вдвічі.

Рівень температури довкілля впливає на доступну ємність акумулятора. При зниженні температури відбувається падіння ємності. При -20 ° С ємність батареї знизиться на 30 – 40% від номінального значення.

Малюнок №3. Залежність терміну служби акумулятора AGM VRLA від температури навколишнього середовища.

Малюнок №4. Залежність ємності акумулятора AGM VRLA від температури навколишнього середовища.

Саморозряд акумулятора

Саморозряд – характерне явище акумуляторів всіх типів. Цей показник відбиває ступінь мимовільної втрати ємності у процесі простою після повного заряду. Характеристика саморозряду вказується у відсотковому співвідношенні за певний проміжок часу, найчастіше на місяць.

Як приклад, можна розглянути 100Ач батарею AGM VRLA типу, яка була повністю заряджена і протягом місяця не використовувалася. Середнє значення саморозряду для AGM типу VRLA становить близько 1,5%, відповідно через місяць ємність складе близько 98,5Ач.

На показники саморозряду впливає температура довкілля. При підвищенні температури показник буде зростати. Причиною виникнення саморозряду є виділення молекул кисню на електроді позитивного заряду, а підвищення температури є каталізатором цього процесу.

Малюнок №5. Саморозряд акумуляторів AGM VRLA.

Струм заряду

Сила струму, яким здійснюється заряд акумуляторної батареї, безпосередньо залежать від ємності батареї, що заряджається. Свинцево-кислотні АКБ заряджаються 10 – 30% струмом від номінальної ємності, залежно від системи, можуть застосовуватися менш потужні зарядні пристрої.

Малюнок №6. Зарядні характеристики AGM VRLA.

Габарити та вага батарей

Залежно від ємності акумуляторів розміри та вага змінюються, за рідкісним винятком можуть бути зміни розміру при однаковій ємності. Існують загальновизнані розміри невеликих акумуляторів до 250Ач, які застосовуються як вбудовані джерела живлення для систем безперебійного живлення, дитячих іграшок, гольф-карів, машин для підлоги мийок і т. д. Залежно від виробника приєднувальні розміри можуть відрізнятися від десятих до декількох міліметрів.

Порада! Зверніть увагу на висоту акумулятора без клем та клем, деякі виробники вказують два значення висоти.

Вага акумулятора є додатковим показником якості. Якщо проводити порівняння між характеристиками акумуляторів різних серій або виробників, звертайте увагу на показники маси, чим важче батарея, тим більше в ній свинцю. Це говорить про те, що пластини, що взаємодіють з кислотою товщі і хімічне джерело живлення, забезпечить більший циклічний ресурс і термін служби.