Принцип работы свинцового аккумулятора

Типы и особенности свинцово-кислотных АКБ

Идеальных аккумуляторов не существует, в инженерных конструкциях часто приходится жертвовать желаемыми характеристиками, чтобы получить необходимые параметры. Для каждой цели создан свой тип устройства.

В первую очередь АКБ делят на герметичные и негерметичные батареи. Вторые требуют постоянного контроля над уровнем электролита и состоянием катодов и анодов, могут работать лишь в определённых положениях. Аккумулятор герметичный свинцово-кислотный используется чаще, так как не нуждается в особом уходе.

Кроме того, все батареи можно разделить на следующие группы:

Стартерные. Выдают большое количество энергии за одно мгновение, из-за чего обладают большим саморазрядом. Отлично подходят для того, чтобы заводить автомобили. Требуют определённого обслуживания и вентиляции.

Буферные батареи. Предназначены для краткосрочного хранения небольшого количества энергии, работают в постоянном режиме подзарядки.

Аккумуляторы для бесперебойной аппаратуры. Устанавливаются в офисах для аварийного завершения работ.

Аккумуляторы длительного электроснабжения. Большие тяжёлые батареи, которые выдают достаточно много энергии длительное время. Используются в реанимационных отделениях на случай отключения электричества.

Как достигается такая вариация характеристик свинцово-кислотных аккумуляторных батарей? Если требуется выдавать огромное количество энергии за короткое время, то пластины делаются тонкими, но высокими и широкими (больше по площади поверхности), а расстояние между ними уменьшается. Благодаря этому увеличивается соотношение поверхности и массы, в результате энергия отдаётся быстрее.

Если требуется дольше сохранять энергию, но можно уменьшить мощность, то пластины делаются толще, но короче и уже (меньше по площади поверхности), а расстояние между ними увеличивается. Из-за чего уменьшается соотношение поверхности и массы, в итоге электроэнергия отдаётся медленнее.

Кроме того, на свойства аккумулятора влияют характеристики электролита и другие параметры. Гелевые электролиты хуже реагируют со свинцовыми и оксидно-свинцовыми плитами, а также делают конструкцию защищённой от вытекания. Повышает срок эксплуатации использование свинцово-кальциевых сплавов.

Практика как проверить емкость свинцового аккумулятора автомобиля самостоятельно

Традиционный способ тестирования – это контрольный разряд заряженной батареи с фиксацией времени до конечного напряжения разряда, которое обычно равно 10,5 V. Разрядный ток выбирают такой величины, чтобы время разряда соответствовало 10-20 часам. Затем остаточное значение емкостной составляющей определяют по формуле:

Е = I * T

Получив результат, у нас появляется возможность сравнить его с номинальным значением батареи. Если остаточная емкость составляет менее чем 70%, то АКБ выводится из эксплуатации. Перед тем как проверить емкость аккумулятора автомобиля таким способом, нужно учесть его недостатки:

1. Трудоемкость.
2. Длительный срок проверки.

Как вариант, можно воспользоваться еще одним несложным способом, который к тому же позволит сократить время работ.

Альтернативный метод

Метод доступен в гаражных условиях и вполне реализуем своими силами. Для измерений понадобятся мультиметр и нагрузка, которая подбирается из расчета, чтобы она забирала где-то половину заявленного тока заряженной батареи. Проверка проводится по следующей схеме:

• подсоединить нагрузку к АКБ и подождать около 2-3 минут;
• не отключая нагрузки, измерить прибором напряжение на клеммах аккумулятора;
• если напряжение более чем 12,6 V, то батарея считается исправной и годной к эксплуатации;
• показания в пределах 12 — 12,6 V указывают на то, что емкость уже находится далеко не на подобающем уровне; эксплуатация такой АКБ возможна, но желательна скорейшая ее замена;
• если прибор показывает менее 12 V, то батарея нуждается в срочной замене – она уже потеряла более 50% своего емкостного потенциала.

Существенно облегчит задачу наличие нагрузочной вилки, которую можно приобрести в автомагазине. Прибор поставляется в комплекте со встроенным вольтметром и набором нагрузок. Еще проще провести контрольные замеры при помощи специальных тестеров, но их приобретение вряд ли можно назвать рациональным, поскольку они недешевы. Но их наличие на специализированных СТО обязательно, поэтому как вариант – посетить сервис.

По конструкции свинцово-кислотные аккумуляторы можно разделить на:

Аккумуляторные батареи с жидким электролитом — обслуживаемые и необслуживаемые. Аккумуляторные батареи с регулируемыми клапанами (VRLA — Valve Regulated Lead Acid batteries) — с увлажненными сепараторами и с гелевым электролитом.

В различной технической литературе можно встретить такие названия батарей, как SLA — Sealed Lead Acid batteries — герметичные свинцово-кислотные аккумуляторы, относящиеся к VRLA батареям. Хотя это не вполне соответствует истине. Абсолютно герметичных батарей не существует по той причине, что во всех них используются клапаны для снижения внутрикорпусного давления.

Очень часто, подчеркивая это, вместо термина «герметичные аккумуляторные батареи» употребляют термин «герметизированные аккумуляторные батареи». Встречается также название Gelcell — торговая марка гелевых батарей. Стартерные батареи иногда сокращенно называют SLI, что расшифровывается как Start, Light, Ignition — пуск, освещение, зажигание.

Основные характеристики, параметры

1. Емкость (номинальная) — количество электрической энергии, которое могут дать кислотные батареи, измерение происходит в момент разряда, при нагрузке маленьким током потребления, единицы измерения— А*ч.
2. Стартерный ток – показывает способность АКБ отдавать большие токи при температуре — 18оС на протяжении половины минуты.
3. Емкость(резервная) — показывает временной промежуток, на протяжении которого кислотные батареи отдают ток 25 А до величины напряжения 10,5 В.
4. Нижнее значение напряжения разряженной АКБ — 1,75 — 1,8 V.
5. Температурный рабочий диапазон — – 40ос — + 40оС.

Заглянем что внутри?

Принципиально конструкция аккумуляторов осталась неизменной со времени их изобретения: свинцовые пластины и кислота. Внутреннее пространство заполнено электролитом, состоящим из 38%-ной серной кислоты и дистиллированной воды. В каждой батарее отрицательные и положительные электроды чередуются. Между пластинами размещаются пластмассовые сепараторы. Все перемычки между элементами и батареями изготовлены из свинца.

Требования к аккумуляторной батарее

Требования к характеристикам пусковых аккуму­ляторных батарей в современных автомобилях постоянно растут. Дизельные двигатели и двига­тели с искровым зажиганием с большим рабочим объемом предъявляют высокие требования к хо­лодному запуску (высокий пусковой ток, особенно в мороз). Электрические системы в автомобилях с полным спектром электрооборудования требуют от аккумуляторных батарей большого количества энергии, если вырабатываемой генератором энер­гии временно не хватает, или (что нельзя недооце­нивать), когда двигатель выключен. Суммарная выходная мощность установленного электрообо­рудования, запитываемого в течение нескольких минут от аккумуляторной батареи, часто превышает 2 кВт. Кроме того, пиковый ток в рабочем режиме, который аккумуляторная батарея должна выдавать в течение дней и даже недель, состав­ляет много тысяч миллиампер.

Помимо этих аспектов, требующих однород­ного электропитания, аккумуляторные батареи в электрической системе автомобиля должны поддерживать задачи, требующие динамиче­ских импульсов с большим током, которые не могут быть обеспечены генератором столь же быстро (для переходных процессов, таких как процессы включения в электрическом усилителе руля). Кроме того, из-за очень большой естественной емкости двухслойного конден­сатора (несколько фарад) аккумуляторная батарея способна великолепно сглаживать пульсации тока в бортовой сети. Это помогает све­сти к минимуму и даже устранить проблемы с электромагнитной совместимостью.

Принимая во внимание вышесказанное, легко понять, почему столько вкладывается средств в оптимизацию характеристик акку­муляторных батарей в процессе производства и обеспечение их работы при обслуживании. Самые передовые аккумуляторные батареи — это те, что не просто обладают необходимыми электрическими свойствами, но и не требуют обслуживания, безопасны для окружающей среды и особенно безопасны в обращении

Ожидается, что на автомобили все чаще будут устанавливаться системы с двумя аккумуля­торными батареями и устройствами для из­мерения состояния заряда АКБ для повышения надежности электропитания путем предотвра­щения полного разряда и своевременной за­мены аккумуляторной батареи.

Несмотря на технический прогресс, следить за нормальным функционированием аккуму­ляторной батареи и электрической системы в целом обязан водитель. Отличная способность современных пусковых аккумуляторных бата­рей накапливать заряд оказывается бесполез­ной, если не удается достичь положительного зарядного баланса при регулярных коротких поездках по городу зимой (при высоком энер­гопотреблении и низких оборотах коленчатого вала двигателя). Вообще говоря, сохранение низкого заряда аккумуляторной батареи в те­чение длительного времени сокращает срок ее службы. Это сдвигает пусковые обороты колен­чатого вала двигателя в сторону предельных для холодного пуска (рис. «Влияние температуры на обороты стартера и минимальные начальные обороты коленчатого вала двигателя» ).

Аккумуляторные батареи специально разра­батывают в целях удовлетворения отдельных требований электросистемы автомобиля по мощности пуска двигателя, емкости и вели­чине тока зарядки при температурах от -30°С до +60°С. Существуют дополнительные требо­вания для необслуживаемых аккумуляторных батарей, аккумуляторных батарей с защитой от вибраций.

Типичное напряжение бортовой сети составляет 12 В у легковых автомобилей и 24 В у грузо­вых; это достигается путем последовательного соединения двух аккумуляторных батарей на­пряжением 12 В.

Что такое тяговые аккумуляторы – устройство, особенности конструкции

В большинстве своем, это обычные свинцово кислотные аккумуляторы, предназначенные для длительного обеспечения электроэнергией устройств, потребляющих эту энергию. Процесс образования тока в тяговых АКБ такой же, как и стартерных: активная масса решеток электрода взаимодействует с электролитом, в результате чего на выходе появляется необходимое напряжение.

Устройство тяговых аккумуляторных батарей мало чем отличается от стартерных аналогов. Одна секция состоит из положительных и отрицательных решеток, разделенных между собой специальными прокладками – сепараторами. Прокладки эти изготовлены из диэлектрического материала (кислотостойкий полимер, пористая стеклоткань), что исключает короткое замыкание между электродами. Пространство между пластинами заполнено активным реагентом – электролитом.

Напряжение на электродах одной секции одинаково практически для всех батарей и составляет 2,3V. Чего не скажешь о силе тока, которая зависит от массы и размеров пластин, от их пористости, рабочей площади и материала изготовления. Чтобы АКБ выдавала нужное напряжение ее секции соединяются между собой последовательно. Так, для двенадцати вольтовой АКБ необходимо связать воедино 6 банок.

Тяговые аккумуляторные батареи достаточно тяжелы и занимают много места. Например, модель на 180 Ah имеет габариты – 850х650х400 и весит 600кг. Если сравнивать со знакомыми автолюбителям пусковыми АКБ, то по емкости, это равно трем автомобильным аккумуляторам на 60Ah, которые весят не более 20 кг каждый. Масса и размеры определяют ряд требований к материалам корпуса и его толщине. Как правило, это кислотостойкий диэлектрик – на современных устройствах чаще применяют полимеры.

Устройство аккумуляторной батареи

Компоненты аккумуляторной батареи

Автомобильные аккумуляторные батареи напря­жением 12 В содержат шесть последовательно соединенных и отделенных перегородками галь­ванических элементов в полипропиленовом кор­пусе (рис. «Необслуживаемая стартерная аккумуляторная батарея» ). Каждый гальванический элемент включает наборы положительных и отрицатель­ных пластин. Эти наборы, в свою очередь, со­стоят из пластин (свинцовая решетка и активная масса) и микропористого материала (сепаратор), который изолирует пластины противоположных полярностей. Сепараторы образуют карманы, в которые погружаются пластины. Электролит представляет собой раствор серной кислоты, который проникает в поры пластин и сепараторы, а также в пустоты гальванических элементов. Полюсные выводы, соединительные элементы гальванических элементов и перемычки пластин выполнены из свинца; щели в перегородках межэлементных соединений тщательно уплотнены. Для обеспечения герметичной связи цельной крышки с корпусом аккумуляторной батареи используется процесс горячей опрессовки. На стандартных аккумуляторных батареях каждый элемент закрывается собственной пробкой с вентиляционным отверстием. Вентиляционные отверстия с закрученными пробками позволяют образующимся при зарядке аккумуляторной батареи газам улетучиваться. У необслуживае­мых аккумуляторных батарей, выполненных в герметичном исполнении, нет пробок заливных горловин, однако они также имеют вентиляци­онные отверстия.

Материал решетчатых пластин аккумуляторной батареи

Пластины аккумуляторной батареи состоят из свинцовых решеток и активного материала, которым покрываются свинцовые решетки во время производствен­ного процесса. Активный материал положи­тельной пластины содержит пористый диоксид свинца (РbO₂, оранжево-коричневого цвета), а отрицательной пластины — чистый свинец в виде «губчатого свинца» (РЬ, серого-зеленого цвета). Другими словами, чистый свинец также имеет крайне пористую форму.

По разным причинам (жидкотекучесть, об­работка, механическая прочность, стойкость к коррозии), для решеток используется сплав свинца с сурьмой. Стандартные способы из­готовления решеток — отливка, прокатка и штамповка.

Свинцово-сурьмяный сплав (PbSb)

Сурьма добавляется для придания твердости. Однако в течение срока службы аккумулятор­ной батареи из-за коррозии положительной решетки сурьма все больше отделяется. Она мигрирует к отрицательной пластине, проходя через электролит и сепараторы, и «отравляет» ее, образуя локальные гальванические пары. Эти гальванические пары повышают самораз­ряд отрицательной пластины и уменьшают на­пряжение газовыделения. Все это вызывает повышенный расход воды при перезарядке, что способствует высвобождению сурьмы. Этот механизм самовозбуждения приводит к постоянному снижению мощности на про­тяжении всего срока службы аккумуляторной батареи. Она становится неспособной достичь необходимого заряда, и электролит прихо­дится часто проверять.

Свинцово-кальциевый сплав (РbСа)

Кальций используется для повышения твердости отрицательных пластин. Кальций электрохимически неактивен при потенциальных условиях, существующих в свинцовых аккумуляторных батареях. Это означает, что предотвращается «отравление» отрицательной пластины и саморазряд.

Еще одним преимуществом является высо­кое напряжение газообразования, стабильное в течение срока службы, и связанный с этим расход воды (меньший по сравнению со спла­вом свинца с сурьмой).

Свинцово-кальциевые сплавы с добавлением серебра (РЬСаAg)

Помимо снижения содержания кальция и уве­личения содержания олова этот сплав также имеет определенный процент серебра (Ag). Он имеет более тонкую структуру решетки и показал себя крайне стойким даже при высо­ких температурах, ускоряющих коррозию. Это сказывается, когда происходит деструктивный перезаряд при высокой плотности электролита и (что в равной степени нежелательно) в пере­рывах в эксплуатации при высокой плотности электролита.

Свинцово-кальциево-оловянные сплавы (PbCaSn)

Этот сплав используется для решеток, изго­тавливаемых непрерывной прокаткой и штам­повкой, и содержит гораздо больше олова, чем РЬСаAg. Он отличается крайне высокой стойкостью к коррозии при небольшой массе решетки.

Лучшие зарубежные EFB аккумуляторы

При желании получить более качественный EFB аккумулятор покупатели все чаще обращают внимание на продукцию зарубежных брендов. Их преимущества в большем ассортименте, надежности и высоком сроке службы

Их преимущества в большем ассортименте, надежности и высоком сроке службы.

Ниже приведем ТОП-3 лучшие модели производителей TAB, TOPLA и EXIDE.

3. TAB EFB Stop & Go 6СТ-60.0

Батарея улучшенной зарядки, предназначенная для машин с системой «Старт-Стоп».

При изготовлении используются современные технологии, в том числе Ca/Ca. Это обеспечивает соответствие требованиям, которые предъявляются к машинам с упомянутой выше опцией.

Аккумулятор имеет индикатор заряда, конусообразные клеммы Евро со стандартным размещением. Внутри залит абсорбированный электролит, есть ручка для переноски.

При изготовлении батареи применялась просечно-растяжная технология, гарантирующая защиту от коррозии. 

Характеристики:

• напряжение — 12 В;
• ток пуска — 580 А;
• емкость — 60 А*ч;
• клеммы — конус (евро);
• тип полярности — обратная;
• габариты — 24,2х17,5х19 см;
• масса — 15 кг;
• гарантия — 1 год.

TAB EFB Stop & Go 6СТ-60.0 — один из лучших аккумуляторов в своей серии, хорошо держит емкость и продается по доступной цене. Заслуженно занимает третью строчку в рейтинге.

2. Exide El600 Ecm

Аккумулятор для машин с повышенным расходом электричества. Создан с применением технологии Premium EFB, имеет ускоренное время зарядки и рекомендуется для эксплуатации в условии города.

Батарея выдает до 30% пусковой мощности, заряжается на 50% быстрее и легко справляется с частыми циклами заряда и разряда. Производитель гарантирует увеличенный срок службы и возможность длительного хранения (при необходимости).

Имеет обратную полярность, оптимальную емкость и высокий пусковой ток. Рекомендуется для на автомобилей, ориентированных на активную эксплуатацию.

Характеристики:

• напряжение — 12 В;
• ток пуска — 640 А;
• емкость — 60 А*ч;
• клеммы — EN, B13;
• тип полярности — обратная;
• габариты — 24,2х17,5х19 см;
• масса — 17 кг;
• гарантия — 2 года.

Exide El600 Ecm — аккумулятор с жидким электролитом от известной компании. Является оптимальным решением для машин с опцией «Start-Stop». Заслуженно занимает втрое место в рейтинге.

1. Topla EFB Stop & Go 112070

Улучшенный кислотный аккумулятор, изготовленный с учетом современных технологий Ca/Ca. Гарантирует качественное питание электрических потребителей.

Имеет покрытие MFW на пластинах, защищающее от повреждения поверхности. Такая особенность в два раза повышает количество циклов полного заряда в сравнении со стандартными батареями без потери функционала.

Использование экспандерной технологии гарантирует стойкость пластин к коррозии и продлевает их срок службы. Крышка полностью герметична, а сам корпус защищен от перекидывания.

Для контроля уровня жидкости внутри предусмотрен индикатор. Есть система защиты от взрыва с гашением пламени.

Характеристики:

• напряжение — 12 В;
• ток пуска — 680 А;
• емкость — 70 А*ч;
• тип полярности — обратная;
• габариты — 27,8х17,5х19 см;
• масса — 19,5 кг;
• гарантия — 2 года.

Topla EFB Stop & Go 112070 — продукт словенского производителя, отличающийся увеличенным ресурсом и способностью выдерживать повышенные нагрузки. Занимает первое место в рейтинге.

Особенности зарядки и разрядки

Энергия, используемая для восстановления ёмкости АКБ, поступает из зарядных устройств, подключённых к электрической сети. Чтобы заставить ток протекать внутри элементов, напряжение источника должно быть выше, чем у батареи. Значительное превышение расчётного зарядного напряжения может привести к выходу АКБ из строя.

Алгоритмы зарядки напрямую зависят от того, как устроен аккумулятор и к какому типу он относится. Например, некоторые батареи могут безопасно пополнять свою ёмкость от источников постоянного напряжения. Другие работают только с регулируемым источником тока, способными менять параметры в зависимости от уровня заряда.

Виды аккумуляторов

Классификация АКБ по составу активного вещества

Свинцовые пластины, используемые в старых аккумуляторах перестали устраивать потребителей. Таким образом, возникала необходимость по улучшению качества работы АКБ. Сначала добавили сурьму к свинцу, что позволило заметно продлить срок эксплуатации батареи. На следующем этапе – уменьшили процентное содержания сурьмы до оптимальной концентрации. Такой подход привел к созданию малообслуживаемых аккумуляторов, характерной чертой которых является более редкий процесс долива воды.

При использовании металлического кальция для покрытия пластин появились кальциевые энергосберегающие источники. В предыдущих моделях потери воды из-за электролиза на 12 вольт нуждались в постоянном доливе, а кальций позволил повысить этот порог до 16 вольт. Так появилась возможность в производстве необслуживаемых аккумуляторов и использовать герметичный, неразборной корпус.

Виды АКБ

• Сурьмянистые батареи. Этот вид относится к классике из-за повышенного состава сурьмы, которая ускоряет процесс электролиза.
• АКБ со свинцом. В малосурьмянистых АКБ материалом для пластин служит свинец с небольшой примесью сурьмы. В них степень саморазряда значительно меньше, чем в сурьмянистых АКБ.
• Калициевые источники. При производстве кальциевых источников свинцовые пластины легированы до 0,1% кальцием. Они могут иметь различные заряды, как отрицательный, так и положительный.
• Гибридные источники энергии вытесняют кальциевые. При их производстве, две объединенные основные технологии имеют конструктивные отличия: одна, когда пластины формируются из сплава свинца и сурьмы, положительные электроды, а другая – когда пластины формируются из сплава свинца и кальция, отрицательные электроды.
• EFB является улучшенной жидкозаполненной батареей. Свинцовые пластины в ЕФБ аккумуляторах в два раза толще, чем у обычных, вследствие чего увеличивается их ёмкость. Каждая платина закрыта в пакет из специальной ткани, который наполнен жидким сернокислотным электролитом.
• В гелевых аккумуляторах применяется гелеобразный электролит. Суть такой технологии в том, что она позволяет снизить текучесть электролита, который содержит агрессивную серную кислоту.
• В литиевых АКБ используется жидкий электролит, представляющий собой раствор фторсодержащих солей лития в смеси эфиров угольной кислоты.
• AGM имеет отличительную особенность в электролите, где с помощью специальной технологии между пластинами вставляются стекловолоконные микропористые прокладки.
• Во всех щелочных батареях применяется растворенная в воде щёлочь.

Классификация батарей по типу электролита

Электролиты бывают кислотными и щелочными.

Щелочные растворы применяются в заправке аккумуляторных батарей. Щелочные аккумуляторные жидкости этот такие жидкости, которые проявляют большую активность по отношению к металлам и кислотам. При реакциях с кислотами образуются соль и вода. Растворы щелочей подвергаются гидролизу. Химические свойства позволяют использовать этот тип электропроводящей жидкости для накопления электрической энергии в аккумуляторе.

Кислотные смеси с дистиллированной водой применяются в основном в автомобильных аккумуляторах. Составы этого типа легко можно приобрести в специализированных магазинах либо, при желании, приготовить самостоятельно на дому. На заводе процесс изготовления таких смесей осуществляется в масштабном производстве по ГОСТу. В домашней обстановке его приготовление так же возможно при соблюдении обязательных пропорций и правил техники безопасности. Для этого нужно смешать кислоту с дистиллированной водой.

Несколько исторических данных

Первым создателем свинцово-кислотной АКБ считается француз Г. Планте. Он был заинтересован в создании такой батареи, которая подавала бы нужный ток и при этом не требовала больших финансовых затрат. Ему удалось создать новую конструкцию, в которую входили свинцовые электроды, погруженные в серную кислоту.

Недостатком такой инновации считалось большое число циклов зарядки-разрядки, пока кислотная батарея не будет заряжена полностью. Надо сказать, что количество таких циклов могло достигать огромных значений. Чтобы достичь полной зарядки, требовался не один год. Причиной стали сепараторы и свинцовые электроды.

Такой срок никого не устраивал. Поэтому многие учёные стремились спроектировать и создать другую конструкцию АКБ. Это удалось в 1900 году. Была спроектирована новая модель. Вместо целых свинцовых пластин использовался только окисел свинца. Он совместно с сурьмой наносился на особые пластины. Позднее в конструкцию была добавлена металлическая решётка, покрытая сурьмой и свинцовыми окислами. В результате:

• Ёмкость АКБ стала больше.
• Появился коммерческий интерес.
• Произошёл эволюционный скачок.

В конце XX века аккумуляторные батареи стали герметизировать. Это стало возможным благодаря замене электролита на специальные гели и усовершенствованные газы. Но добиться полной герметичности не удалось. Во время зарядки начинали образовываться газы, которые должны были покинуть внутреннюю часть батареи.

Аккумуляторы в системах автономного энергоснабжения

Характер и режим эксплуатации аккумуляторов в разных системах, выявляют их преимущества и недостатки для конкретных условий. Например, для мобильных устройств, одним из доминирующих требований к батарее, является малый вес и герметичность в любом положении. Для автомобиля, масса устройства не является определяющей, а более важна возможность выдавать сильный ток на морозе (стартерная нагрузка). В системах альтернативного энергоснабжения дома, вес и размеры аккумулятора имеют такое же значение, как поросячий визг при дегустации шашлыка из свинины, а количество циклов зарядки/разрядки ставится во главу угла.

Аналогичный подход следует применять при сопоставлении более актуальных параметров.

Особенности эксплуатации аккумуляторов в энергонезависимом доме

В полноценном жилом доме электричество требуется 24 часа в сутки и 365 дней в году. Разумеется, есть какие-то исключения, но они только подтверждают правила. Этим отличается эксплуатация аккумуляторов в автономных домах.

Ещё одно отличие в цикличности зарядки.

Сам принцип энергонезависимого дома базируется на использовании альтернативных источников энергии: Солнце, ветер, течение воды и частично геотермальные технологии. При этом первые два варианта, занимают около 95% в частном секторе. И именно для них характерна цикличность! Если для ветра она слабо предсказуема, то для солнечного света циклы день/ночь, определены на миллионы лет вперёд.

Другими словами, каждый день аккумулятор будет заряжаться, а ночью отдавать энергию. За один год пройдёт 365 циклов. В идеальных условиях эксплуатации, при скрупулёзном соблюдении глубины и скорости разряда, а также режима зарядки, 1500 циклов для хорошего свинцово-кислотного аккумулятора можно растянуть на 4 года.

Важно отметить, что из блока свинцово-кислотных аккумуляторов нельзя заменять какую-то одну батарею!

Например, в энергонезависимом доме система хранения энергии обеспечена блоком из 4 АКБ по 200 А*ч каждый. В сумме они дают 800 А*ч. Если через полтора – два года эксплуатации один из аккумуляторов выйдет из строя, то заменить его таким же новым невозможно! Ведь за время работы, все аккумуляторы в системе равномерно снижали ёмкость, что влияло на прочие характеристики. Интеллектуальное зарядное устройство подстраивает режим заряда под эти параметры. А у нового элемента характеристики эксплуатации «паспортные», выделяющиеся из общей системы.

Стоимость же всего блока аккумуляторов, при грамотном проектировании, приближается к цене генерирующих элементов, в данном случае солнечных панелей.

Требования к аккумуляторам в системе альтернативного энергоснабжения

Идеальный аккумулятор для домашней системы хранения энергии должен:

• Выдерживать максимально возможное количество циклов зарядки;
• Обладать высокой энергоёмкостью;
• Быть неприхотливым в обслуживании и эксплуатации;

И особенно важно, что эти параметры должны коррелироваться со стоимостью батареи. Например, есть два типа аккумуляторов емкостью 100 А*ч и напряжением 12 V:

1. Свинцово-кислотный;
2. Литий-железо-фосфатный аккумулятор(LiFePO₄).

В идеальной системе при лабораторном соблюдении режима эксплуатации, каждая из батарей сможет выдать:

1 Допустимая глубина разряда 80%, потребитель получает 20% указанной ёмкости. Для вычисления объёма запасённой мощности, умножаем 20 А*ч на среднее напряжение 12 V, и получаем 144 Вт*ч.

Количество циклов 1500, суммарно за время работы батарея выдаст 216 кВт*ч

2  Допустимая глубина разряда 20%, потребитель получает 80% указанной ёмкости. 80 А*ч Х 12 V = 960 Вт*ч.

Количество циклов от 2 до 7 тысяч, возьмём среднее 4500 циклов, и получим: 960 Вт*ч Х 4500 = 4320 кВт*ч

ВАЖНО: для упрощения в описанном сравнении, не принимались в расчёт постепенное снижение ёмкости и скорость разряда!

Разница в объёме накопленной энергии 20 раз. Стоимость LiFePO₄ АКБ ёмкость 100 А*ч около 45 т.р., а обычный свинцово-кислотный с такой же ёмкостью обойдётся в 10 т.р.

Но при этом, LiFePO₄ АКБ полностью заряжается всего за 1 час, а при отдаче энергии, выходное напряжение остаётся стабильным до полной разрядки. Т.е. в эксплуатации очень неприхотливый.

Общая формула выбора оптимального аккумулятора для энергонезависимого дома выглядит так: Покупная цена ÷ (Полезная емкость × Жизненный цикл).