Аккумуляторные батареи

Неотъемлемым компонентом автономных систем электроснабжения являются необслуживаемые аккумуляторные батареи (АКБ) большой ёмкости. Их вклад в общую стоимость может составлять в зависимости от нагрузки и времени автономной работы до 70%.  Такие АКБ гарантируют сохранение функциональных возможностей на протяжения всего заявленного жизненного цикла.

Наиболее широко распространение в проектах автономных систем электроснабжения получили свинцово-кислотные аккумуляторы - старейший вид аккумуляторов, принцип действия которых основан на электрохимическом процессе взаимодействия свинца и раствора серной кислоты. В процессе работы АКБ внутри устройства могут происходить необратимые изменения как состояния поверхности пластин, так и параметров раствора серной кислоты, поэтому такие аккумуляторы нельзя на долгое время оставлять полностью разряженными и нужно стараться поддерживать рабочую температуру (порядка 20°C).

При выборе свинцово-кислотных аккумуляторов ориентируются, прежде всего, на необходимую ёмкость. Ёмкость аккумулятора показывает, сколько времени АКБ сможет питать подключенную к нему нагрузку. Она измеряется в ампер-часах (А·ч). Обычно производитель назначает номинальной ёмкость свинцово-кислотного аккумулятора при длительных (10, 20 или 100 часов) разрядах.

Ещё один параметр, на который следует обратить внимание - это количество циклов заряда/разряда при определённой глубине разряда. Глубина разряда (DOD) – это та величина напряжения, до уровня которой аккумулятор можно разрядить без ущерба для его конструкции. Минимально допустимая глубина разряда - это критический параметр, разряд ниже значения которой может привести к необратимым процессам (в частности, к сульфатации. Сульфатация - это процесс, во время которого на поверхности аккумуляторных электродов появляется сульфат свинца, постепенно покрывающий всю поверхность платин, в результате чего АКБ теряет свою ёмкость).  Среднестатистический (китайский) качественный аккумулятор прослужит 300 циклов при полном разряде за цикл (DOD = 100%), 600 циклов - при половинном разряде (DOD = 50%), 1200 циклов - при разряде на треть (DOD = 33,3%).

Внедрение новых технологий – AGM и GEL - не принципиально изменило недостатки свинцово-кислотных аккумуляторов, создав лишь противодействие выпадению сульфата, а также вытеканию электролита в случае повреждения корпуса. Коротко остановимся на этих технологиях.

Технология AGM (AbsorbentGlassMat)

В данной технологии в качестве электролита также используется кислота в жидком виде. Но пространство между электродами заполнено микропористым материалом-сепаратором на основе стекловолокна. Сепаратор действует как губка, он полностью всасывает всю кислоту и удерживает её, не давая растекаться.

Аккумулятор типа AGM

Основным преимуществом аккумуляторов AGM является более низкое внутреннее сопротивление аккумулятора, что влияет на время заряда АКБ, которое в автономных

системах сильно ограничено, особенно в зимнее время. Таким образом, АКБ AGM быстрее заряжается, а значит быстрее выходит из режима глубокого разряда, который губителен для всех типов свинцово-кислотных аккумуляторов. Кроме того, у АКБ AGM батарей очень малый ток саморазряда. Заряженная АКБ AGM может храниться неподключенной долгое время, при этом за 12 месяцев заряд упадет всего до 80% от первоначального.

Специальное техническое обслуживание АКБ AGM, как и наличие дополнительной вентиляции помещения, не требуется. Недорогие АКБ AGM прекрасно работают в буферном режиме с глубиной разряда не более 20%. В таком режиме служат до 10-15 лет. Если же их использовать в циклическом режиме и разряжать до 30-40%, то их срок службы существенно сокращается. АКБ AGM используются в источниках бесперебойного питания и автономных солнечных энергосистемах. Тем не менее, в последнее время появились АКБ AGM, которые рассчитаны на более глубокие разряды и цикличные режимы работы. Конечно, по своим характеристикам они уступают АКБ по технологии GEL, но могут прекрасно работать в автономных системах энергоснабжения.

Технология гелевых электролитов GEL (GelElectrolite)

По данной технологии в жидкий электролит добавляется компонент на основе двуокиси кремния (SiO2), в результате чего образуется густая масса, напоминающая по консистенции желе. Этой массой и заполнено пространство между электродами внутри аккумулятора. В отличие от технологии AGM аккумуляторы GEL лучше восстанавливаются из состояния глубокого разряда. Они способны перенести более 1000 циклов глубокой разрядки без принципиальной потери своей емкости.

Пожалуй, единственный минус технологии GEL – это цена, она выше, чем у АКБ AGM такой же емкости. АКБ GEL лучше выдерживают циклические режимы заряда-разряда, хорошо переносят сильные морозы. Снижение емкости при понижении температуры также меньше, чем у других типов аккумуляторов. Их применение более желательно в системах автономного электроснабжения, где батареи работают в циклических режимах (заряжаются и разряжаются каждый день) и требуется обеспечить долгий срок службы при более глубоких режимах разряда, а также нет возможности поддерживать температуру аккумуляторов в оптимальных пределах.

Аккумулятор типа GEL

Если система автономная, то при использовании АКБ AGM ее КПД будет выше, чем у такой же системы с АКБ GEL, так как для заряда АКБ GEL требуется больше времени и мощности, которых может не хватать в пасмурные зимние дни. При отрицательных температурах АКБ GEL сохраняет больше емкости и считается более стабильным, но, как показывает практика, в пасмурную погоду при слабых токах заряда и отрицательных температурах, АКБ GEL не будет заряжаться из-за высокого внутреннего сопротивления и подмёрзшего гелевого электролита, в то время как АКБ AGM будет заряжаться при малых токах зарядки.

Технологии OPzS и OPzV

Эти АКБ специально разработаны для "тяжелых" цикличных режимов и отличаются высокими значениями ёмкости. Если вы делаете серьезную систему автономного электроснабжения на базе ВИЭ и для вас большое значение имеет снижение затрат на обслуживание и эксплуатацию, имеет смысл обратить внимание именно на аккумуляторы c трубчатыми электродами серий OPzS (жидкий электролит) и OPzV (гелевый электролит), причём последние не требуют технического обслуживания. Они имеют пониженное газовыделение, допускают больше циклов заряд/разряд (до 70% от номинальной емкости) без повреждения и значительного сокращения срока службы. Но данный тип АКБ не пользуется высоким спросом в России из-за достаточно высокой стоимости по сравнению с технологиями AGM и GEL.

Аккумуляторы с трубчатыми электродами: а – блок из ячеек OPzV, б – ячейка OPzV, в – ячейка OPzS

В последнее время произошел серьезный прорыв в технологии накопления электроэнергии на основе литий-ионных (Li-ion) аккумуляторов. Благодаря современным разработкам, при достаточной компактности и малом весе литий-ионные батареи значительно повысили мощность и количество запасаемой энергии. Кроме того, данные аккумуляторы лишены ранее описанных недостатков АКБ AGM, способны прослужить гораздо дольше (2000-8000 циклов), имеют более высокую плотность энергии (100-300 Вт•ч/кг против 30-60 Вт•ч/кг у свинцово-кислотных), что делает их гораздо компактнее. Важным преимуществом литий-ионных аккумуляторов является отсутствие опасных для человека веществ (свинец, кадмий, ртуть и др.) и  возможность их переработки для повторного использования. Со времени появления технологии до сегодняшнего дня характеристики литий-ионных аккумуляторов постоянно улучшаются, а их цена становится все более привлекательной для потребителей и производителей устройств. Изначально они нашли свое применение в портативной электронике (сотовые телефоны, ноутбуки), но спектр их применения увеличивается год от года. Именно благодаря созданию литий-ионных аккумуляторов появилась возможность серийного изготовления современных электромобилей.

Литий-ионный аккумулятор

 

Литий-ионные аккумуляторы на основе LiFePO4

Литий-железо-фосфатная АКБ (LiFePO4 pack) – относительно новый тип аккумуляторов на рынке, отличающийся большим количеством циклов заряда-разряда (более 4000 циклов), абсолютно нечувствительный к режимам неполного заряда и иногда даже имеет встроенную плату управления аккумуляторной батареей (Battery Management System). Как показывает практика, в режимах высокого циклирования выгодней использовать литий-ионную батарею, так как для достижения энергетических и эксплуатационных параметров достаточно ёмкости в 3 раза меньшей, чем у АКБ AGM.

 Литий-ионные аккумуляторы на основе NMC

Одной из наиболее успешных разновидностей литий-ионной технологии является аккумулятор, выполненный с применением никеля (Ni), марганца (Mn) и кобальта (Co) -  NMC. Аккумулятор по основе NMC может быть оптимизирован по емкости или мощности. АКБ по технологии NMC характеризуется высокой удельной энергоемкостью и низким уровень самонагрева, что позволяет данной технологии находить применение в электротранспорте, мощном электроинструменте и системах хранения энергии.

 Портативный энергомодуль VOLTS – это продукт российской разработки ускоряет вывод литий-ионных накопителей на потребительский рынок и претендует на занятие уже существующей ниши маломощных топливных генераторов, при этом придавая совершенно новый импульс для развития портативных накопителей энергии. Эта АКБ характеризуется большой энергетической емкостью при сравнительно небольшом весе за счет использования высокопроизводительных литий-ионных ячеек. Внутри каждого накопителя VOLTS, помимо блока литий-ионных ячеек, имеется инвертор, зарядное устройство и контроллер заряда. Благодаря такой интеграции, АКБ может быть использована как универсальное устройство автономного электроснабжения, практически бесшумное, не требующее обслуживания, не потребляющее топливо, а главное обеспечивающее надежное электроснабжение током с чистой синусоидой. Интеллектуальная система балансировки и синхронизации позволяет единичным энергомодулям соединяться между собой подобно конструктору и обеспечивать бесперебойное питание целого дома. Портативный модуль VOLTS можно использовать как для стационарных объектов в полном объеме суточного потребления электроэнергии, так и для мобильных потребителей, которые пользуются в настоящее время генераторами на жидком топливе.

Энергомодуль Volts

 

Основные правила эксплуатации аккумуляторных батарей

  1. Не допускайте хранения АКБ AGM в разряженном состоянии. В этом случае происходит сульфатация, в результате чего АКБ теряет емкость и существенно сокращается срок службы.
  2. Не допускайте короткого замыкания клемм АКБ, что может происходить при монтаже неквалифицированным персоналом. Сильный ток короткого замыкания заряженной АКБ способен расплавить контакты клемм и нанести термический ожог.
  3. Не пытайтесь вскрывать корпус необслуживаемой АКБ. Содержащийся внутри электролит способен вызвать химический ожог.
  4. Подключайте АКБ в устройство только в соответствии с полярностью. Полностью заряженная АКБ имеет значительный запас энергии и способна при неправильном подключении вывести устройство (инвертор, контроллер и т.д.) из строя.
  5. Не забудьте утилизировать отслужившую свой срок батарею в соответствии с правилами утилизации для изделий, содержащих тяжелые металлы и кислоты.

Закрепите на Pinterest