Типы и марки аккумуляторов режимы работы заряд разряд эксплуатация и обслуживание реферат

Обновлено: 30.06.2024

Применение аккумуляторных батарей на подстанциях высоких классов напряжения ( реферат , курсовая , диплом , контрольная )

Министерство образования и науки Украины Харьковский национальный политехнический университет Кафедра: передача электрической энергии

РЕФЕРАТ

Применение аккумуляторных батарей на подстанциях высоких классов напряжения

Термины и сокращения
1. Назначение, устройство и принцип работы АБ
2. Общие правила и порядок эксплуатации аккумуляторных батарей
3. Режим постоянного подзаряда
4. Режим заряда АБ
5. Уравнительный заряд АБ
6. Контрольный разряд АБ
7. Проверка АБ толчковым током
8. Требования по технике безопасности
9. Пожарная безопасность
10. Запасные части и материалы
Литература
Термины и сокращения
Аккумулятор (элемент) — совокупность положительных и отрицательных электродов, расположенных в баке с электролитом и предназначенных для преобразования накопленной химической энергии в электрическую.
Аккумуляторная батарея — два или больше аккумуляторов (элементов), соединенных между собой.
Газообразованиеобразование газа в процессе электролиза электролита во время заряда аккумуляторов.
Двухступенчатый заряд — процесс заряда, который начинается при установленной величине зарядного тока, а с определенного момента продолжается при меньшей величине.
Емкость батареи — количество электрической энергии (ампер*часов), которую заряженная батарея может полностью отдать при определенных условиях.
Предохранительный клапан — деталь вентиляционной пробки, который удаляет газ, скопившийся внутри аккумуляторного элемента, в случае чрезмерного внутреннего давления, препятствует проникновению воздуха в аккумулятор.
Заряд батареи — процесс получения электрической энергии от внешнего источника с последующим преобразованием в химическую энергию.
Заряд при постоянном значении напряжения — заряд, при котором поддерживается постоянное значение напряжения на выводах батареи.
Заряд при постоянном значении тока — заряд, при котором поддерживается постоянное значение тока на выводах батареи.
Конечное напряженея разряда — определенное напряжение, при котором прекращается разряд батареи.
Номинальная емкость (аккумулятора) — количество электрической энергии в ампер*часах, запасенная заряженным аккумулятором.
Постоянный подзаряд — беспрерывный заряд в продолжительном режиме, который компенсирует саморазряд и поддерживает полностью заряженное состояние батареи.
Разряд батареи — режим, при котором батарея отдает ток во внешние цепи в результате преобразования накопленной химической энергии в электрическую.
Саморазряд батареи — потеря химической энергии, обусловленная самопроизвольными реакциями внутри АБ, когда она не подключена к внешним цепям.
Свинцовокислотная аккумуляторная батарея — аккумуляторная батарея, электроды которой изготовлены из свинца, а электролит — раствор серной кислоты.
Сульфатация — перекристаллизация мелких кристаллов PbSO4 и Pb в большие, которые имеют меньшую площадь поверхности, относительно к единице массы, и поэтому не принимают достаточного участия в заряде.
С10 — емкость аккумулятора при 10-ти часовом режиме разряда А*часов;
Nномер аккумулятора;
n — количество элементов, шт.
с — плотность электролита, г/см3;
t-температура °С;
Uнапряжение на банке, В;
АБ — аккумуляторная батарея;
АВ — автоматический выключатель;
АЭ — аккумуляторный элемент;
ЗУ — зарядное устройство;
СК — стационарный аккумулятор, свинцово-кислотный, открытый, для коротких и длительных режимов;
ЩПТ — щит постоянного тока;

1. Назначение, устройство и принцип работы АБ

Назначение

Аккумуляторные батареи являются резервным источником постоянного оперативного тока на ПС 110−330−750 кВ. В аварийных режимах АБ должны обеспечить работу оборудования в течение 1 часа с необходимым уровнем напряжения. В качестве постоянно несущих нагрузку источников постоянного оперативного тока применяются выпрямительные устройства.

При эксплуатации АБ должна быть обеспечена ее длительная надежная работа и необходимый уровень напряжения на шинах постоянного тока в нормальных и аварийных режимах, а так же необходимо обеспечить уровень напряжения у потребителей (например: напряжение на соленоидах включения и отключения выключателя).

Всех потребителей энергии, получающих питание от АБ, можно разделить на три группы:

· Постоянно включенная нагрузка: постоянно включенное аварийное освещение, устройства управления, сигнализации и релейной защиты, которые постоянно обтекаются током;

· Временная нагрузка, появляющаяся при исчезновении переменного тока: аварийное освещение, резервные источники питания связи и т. п. Длительность данной нагрузки определяется длительностью аварии;

· Кратковременная нагрузка — это нагрузка создаваемая токами включения, отключения приводов коммутационных аппаратов (соленоиды включения выключателей, перепускные клапаны воздушной магистрали), устройств управления, сигнализации, защиты, кратковременно обтекаемых током.

Устройство АБ

Аккумуляторная батарея состоит из основных и концевых элементов. Основная группа элементов питает постоянно включенную нагрузку, концевые элементы последовательно подключены к основной группе и предназначены для покрытия пиковых кратковременных нагрузок.

Каждый элемент имеет положительные и отрицательные электроды, выполненные в форме пластин. Для предотвращения соприкосновения пластин разной полярности между ними устанавливаются сепараторы. Для фиксации положения электродов между крайними электродами и стенками сосуда установлены винилпластовые пружины. Пластины помещаются в сосуд, который обладает высокой кислотоустойчивостью и не выделяет в электролит веществ, вредных для аккумуляторов. В качестве электролита применяют раствор серной кислоты.

Для уменьшения выноса электролита пузырьками газа, который выделяется при зарядке аккумулятора, каждый сосуд закрывается покрывным стеклом. Стекло должно быть установлено под наклоном, для того чтобы электролит стекал в АЭ. Электролит, увлекаемый пузырьками газа, оседает на нижней стороне стекла и стекает обратно в сосуд.

Принцип работы аккумулятора

Принцип работы аккумулятора основан на поляризации свинцовых электродов. Под действием постоянного тока зарядного агрегата электролит разлагается на водород и кислород. Продукты разложения вступают в химическую реакцию со свинцовыми электродами. На положительном электроде, т. е. на электроде, присоединенном к плюсу зарядного агрегата, образуется двуокись свинца, а на отрицательном электроде, присоединенном к минусу зарядного агрегата — губчатый свинец.

При заряде сульфат свинца на отрицательном электроде восстанавливается до губчатого свинца, а на положительном электроде превращается в двуокись свинца. При этом образуется серная кислота и расходуется вода. Плотность электролита повышается. Уравнение реакции можно записать так: PbO2+Pb+2H2SO4 2H2O+2PbSO4 Знак > соответствует реакции разряда, а знак Для АБ типа СК напряжение подзаряда должно составлять 2,2 ± 0,05 В на элемент. Для других типов АБ напряжение подзаряда должно соответствовать требованиям завода-изготовителя.

Подзаряд осуществляется от зарядных устройств (ЗУ). Зарядные устройства должны обеспечивать стабилизацию уровня напряжения на шинах ЩПТ с отклонениями, не превышающими требований заводаизготовителя, но не выше 2% номинального напряжения. Концевые элементы батареи должны иметь отдельное устройство подзаряда. В том случае, если отдельное устройство для подзаряда концевых элементов отсутствует, то их подзаряжают от общего зарядного устройства, которое включается на всю батарею, концевые элементы шунтируются балластным сопротивлением. В аварийном режиме балластное сопротивление необходимо отключать.

Ток подзаряда зависит от типа аккумулятора, напряжения постоянного подзаряда, температуры аккумулятора. Для свинцово — кислотных аккумуляторов типа СК ток подзаряда должен быть не меньше Iподз?0,03N, А (где Nномер аккумулятора). Более точное значение этой величины, обусловленное индивидуальными особенностями АБ, устанавливается в зависимости от плотности электролита.

Для аккумуляторных батарей типа СК не реже одного раза в год проверяется работоспособность АБ по спаду напряжения при толчковых токах. Для остальных типов АБ — как определено заводом-изготовителем. Напряжение полностью заряженного и исправного аккумулятора в момент толчка не должно снижаться более чем на 0,4 В/эл., по сравнению с напряжением перед проведением испытаний. Для АБ других типов следует руководствоваться инструкциями завода-изготовителя.

Для обеспечения контроля за состоянием АБ, ежегодно выделяются контрольные элементы в количестве не менее 10% от общего числа АЭ. По результатам инспекторских осмотров выбираются элементы с заниженной плотностью, напряжением, с отличающимся цветом электролита. Данные элементы должны дополнять список контрольных элементов. Список контрольных элементов утверждается главным инженером МЭС. Контрольные элементы необходимо периодически менять.

Аккумуляторное помещение должно содержаться в чистоте. Пролитый на пол электролит должен немедленно удаляться с помощью 10% раствора кальцинированной соды и сухих опилок. После этого необходимо помыть пол тряпкой смоченной в растворе 5% кальцинированной соды, а затем смоченной в воде.

Аккумуляторные банки, изоляторы ошиновки, стеллажи и их изоляторы во избежание снижения сопротивления изоляции должны систематически (по мере загрязнения и результатов замеров сопротивления изоляции) протираться ветошью, сначала влажной, смоченной в дистиллированной воде, а затем сухой.

Температура в аккумуляторном помещении должна поддерживаться в пределах +15°С ч +25°С, но не ниже +10°С. Не допускаются резкие изменения температуры в аккумуляторном помещении, чтобы не вызывать конденсации влаги и снижения сопротивления изоляции батареи.

Снижение температуры воздуха в помещении АБ приводит к снижению емкости АБ, увеличению вязкости и электрического сопротивления электролита.

Повышение температуры воздуха в помещении АБ приводит к увеличению саморазряда, сульфатации, износу пластин.

Наиболее важным фактором, который влияет на продолжительность работы фирменных АБ, является температура, так как электрохимические процессы в свинцово-кислотных аккумуляторах в большей степени зависят от ее величины. Особенно это относится к герметичным аккумуляторам. Оптимальная температура в помещении АБ составляет 20 °C. При увеличении температуры в помещении АБ выше 20 °C — снижается срок службы АБ.

Электроды в АЭ должны быть всегда покрыты электролитом. Уровень электролита в аккумуляторах всегда должен быть на 10ч15 мм выше верхнего края электродов. Для контроля уровня электролита необходимо на каждой банке АБ, со стороны прохода, нанести метки верхнего и нижнего уровня электролита. Нижняя метка должна должна наноситься на 10 мм выше верхнего края электродов. Расстояние между метками составляет 20 мм.

Во время эксплуатации необходимо следить за положением покрывных стекол. Покрывное стекло не должно выходить за стенки баков.

Сопротивление изоляции АБ с номинальным напряжением 220 В должно быть не ниже 100 кОм.

В помещении АБ не должно быть посторонних предметов. Материалы, запасные части для ремонта АБ, электролит, концентрированная серная кислота, емкости с дистиллированной водой, бутыли с раствором питьевой соды должны храниться в отдельном помещении, возле помещения АБ.

Работы по обслуживанию аккумуляторной батареи должны отражаться в аккумуляторном журнале. Форма журнала указана в приложении № 4. В нем должны фиксироваться:

· напряжение и ток подзаряда всей АБ;

· напряжение, плотность и температуру электролита в контрольных элементах;

· температуру воздуха в помещении АБ;

· неисправности, замеченные во время обходов и осмотров.

Ввод АБ в эксплуатацию после ремонта, монтажа производится по специально разработанным программам.

Технические характеристики и надежность работы АБ гарантируется при условии соблюдения требований технической документации на конкретный тип АБ

3. Режим постоянного подзаряда

Аккумуляторная батарея должна эксплуатироваться в режиме постоянного подзаряда. При данном режиме значительно увеличивается срок службы АБ. Так как аккумуляторная батарея в любой момент времени является полностью заряженной, то при этом обеспечивается полноценный резерв питания сети постоянного тока, таким образом повышается надежность работы электроустановки.

Полностью заряженная батарея включается на шины постоянного тока ЩПТ параллельно с постоянно работающим выпрямительным устройством, которое питает постоянно включенную нагрузку и обеспечивает подзаряд малым током батареи, компенсируя ее саморазряд. Концевые элементы АБ также должны работать в режиме постоянной подзаряда.

В случае аварии на стороне переменного тока, отключения ЗУ, а также при возникновении значительной кратковременной нагрузки (работа соленоидов приводов выключателей) напряжение на выходе ЗУ падает и всю нагрузку принимает на себя АБ. После прекращения скачка нагрузки (или восстановления нормальной работы ЗУ) АБ возвращается в режим постоянного подзаряда.

При постоянном подзаряде нормальный режим полностью заряженной АБ характеризуется напряжением на зажимах АЭ в пределах 2,20±0,05 В, плотностью электролита в пределах 1,20ч1,21 г/см3.

Точные значения напряжения и тока подзаряда, определяемые индивидуальными свойствами каждой батареи, устанавливаются в зависимости от плотности электролита. Если плотность электролита в элементах АБ снижается против начальной, то это свидетельствует о недостаточной величине тока подзаряда. На чрезмерный ток подзаряда указывает усиленное выпадение в сосуд шлама коричневого цвета.

Для фирменных аккумуляторных батарей (GroE, OGi,) напряжение подзаряда должно составлять 2,23(+0,1В; -0,05В) при температуре окружающей среды 20 °C. Для других типов фирменных АБ (LS, Sonnenschein, и др.) напряжение подзаряда должно соответствовать требованиям технической документации завода-изготовителя на конкретный тип АБ.

Температура электролита в АЭ не должна превышать температуру окружающей среды более чем на 3 °C.

При эксплуатации герметичных АБ в буферном режиме напряжение подзаряда и его корректировку, в зависимости от температуры, необходимо производить в соответствии с рекомендациями завода-изготовителя.

4. Режим заряда АБ

При условии соблюдения требований эксплуатации, а также в зависимости от состояния АБ, местных условий, типов зарядных устройств допускается применение любых известных методов зарядки и их модификаций:

· при постоянной силе тока;

· при плавно спадающей силе тока;

· при постоянном напряжении.

Во время зарядки, через соответствующие интервалы времени, необходимо измерять и регистрировать необходимые параметры (U, с, t) для контроля состояния АБ, а также должны быть исключены условия возникновения недопустимых уровней напряжения и тока зарядки, температуры электролита и процессов интенсивного газообразования.

Заряд АБ при постоянной силе тока проводится в одну или две ступени. При двухступенчатом заряде зарядный ток (далее Iзар) первой ступени для аккумуляторов типа СК не должен превышает 0,25*С10, для фирменных аккумуляторов (в зависимости от типа) — 0,7*С10 (до достижения на аккумуляторе напряжения 2,4 В). При достижении напряжения 2,3ч2,35 В на аккумулятор (для АБ типа СК) и 2,4 В для фирменных АБ заряд переводится на вторую ступень. При этом ток заряда не должен превышать:

для АБ типа СК Iзар=0,12* С10

для некоторых типов фирменных АБ- 0,35* С10

Заряд в одну ступень ведется током не более Iзар= 0,12* С10 для АБ типа СК, и 0,15* С10 для фирменных АБ. Заряд ведется до тех пор, пока напряжение и плотность электролита установится, и не будет снижаться в течение одного часа (U=2,30ч2,35, с=1,20ч1,21 г/см3) — для АБ типа СК.

Заряд фирменных АБ продолжается до тех пор, пока напряжение и плотность электролита установится, и не будет снижаться в течение двух часов (U=2,60ч2,8; с=1,24±0,01 г/см3).

5.2.2.3 Зарядка при постоянном напряжении 2,15ч2,35 В на АЭ. При этом ток может превышать значение Iзар= 0,25*С10, но затем автоматически понижается до Iзар= 0,05*С10.

Заряд в две ступени производятся следующим образом: максимальный ток заряда первой ступени не должен превышать значение Iзар=0,25*С10. Заряд ведется до напряжения 2,15ч2,35 В на АЭ. Затем при переходе на вторую ступень заряд ведется при постоянном напряжении от 2,15 до 2,35 В на АЭ. Признаки окончания заряда те же, что и по п. 5.2.2.2

Заряд фирменных АБ проводится при постоянном напряжении (2,25−2,30 В) при этом начальный ток заряда будет (0,1−0,3)* С10. Заряд в две ступени производятся так: ток первой ступени заряда не должен превышать значение Iзар=(0,1−0,15)*С10. Заряд ведется до напряжения 2,35 В на АЭ, а затем поддерживается постоянное напряжение заряда (2,23±1%) В на АЭ, при этом ток заряда автоматически постепенно снижается.

При заряде АБ сообщается не менее 115% емкости от снятой при предшествующем разряде.

Во время заряда АБ температура электролита не должна превышать 40 °C. При температуре электролита более 40 °C необходимо снизить зарядный ток до значения, обеспечивающего необходимую температуру.

При заряде фирменных аккумуляторах не допускается повышение температуры электролита больше чем 55 °C.

При проведении заряда необходимо фиксировать параметры в соответствии с таблицей 1

Аккумуляторная батарея – это источник постоянного тока, который предназначен для накопления и хранения энергии. Подавляющее число типов аккумуляторных батарей основано на циклическом преобразовании химической энергии в электрическую, это позволяет многократно заряжать и разряжать батарею.

Рисунок 1. Вольтов столб из шести элементов.

Рисунок 2. Алессандро Джузеппе Антонио Анастасио Вольта

Виды аккумуляторных батарей

Со времени изобретения первого аккумулятора прошло не больше 140 лет и сейчас сложно представить современный мир без резервных источников питания на основе батарей. Аккумуляторы применяются всюду, начиная с самых безобидных бытовых устройств: пульты управления, переносные радиоприемники, фонари, ноутбуки, телефоны, и заканчивая системами безопасности финансовых учреждений, резервными источниками питания для центров хранения и передачи данных, космической отраслью, атомной энергетикой, связью и т. д.

Развивающийся мир нуждается в электрической энергии столь сильно, сколько человеку нужен кислород для жизни. Поэтому конструкторы и инженеры ежедневно ведут работу по оптимизации имеющихся типов аккумуляторов и периодически разрабатывают новые виды и подвиды.

Обозначение

Рабочая температура, ºC

Напряжение элемента, В

Удельная энергия, Вт∙ч/кг

Литий-ионный (Литий-полимерный, литий-марганцевый, литий-железно-сульфидный, литий-железно-фосфатный, литий-железо-иттрий-фосфатный, литий-титанатный, литий-хлорный, литий-серный)

Транспорт, телекоммуникации, системы солнечной энергии, автономное и резервное электроснабжение, Hi-Tech, мобильные источники питания, электроинструмент, электромобили и т.д.

Li-Ion (Li-Co, Li-pol, Li-Mn, LiFeP, LFP, Li-Ti, Li-Cl, Li-S)

Автомобильный транспорт, Ж\Д транспорт, Телекоммуникации, Энергетика, в том числе альтернативная, Системы накопления энергии

Применяются два режима работы аккумуляторных батарей: заряд-разряд и постоянный подзаряд.

Режим заряд-разряд характеризуется тем, что после заряда аккумуляторной батареи зарядное устройство отключается я батарея питает постоянную нагрузку (лампы сигнализации, приборы управления), периодически кратковременную нагрузку (электромагнитные приводы выключателей) и аварийную нагрузку. Разряженная до определенного напряжения батарея вновь подключается к зарядному агрегату, который, заряжая батарею, одновременно питает нагрузку.

Для батареи, работающей по методу заряд-разряд, один раз в три месяца производится уравнительный заряд (перезарядка).

Режим постоянного подзаряда заключается в следующем. Батарея непрерывно подзаряжается от подзарядно-го агрегата, и поэтому она находится в любой момент в состоянии полного заряда. Толчковые нагрузки, возникающие в сети постоянного тока (например при действии электромагнитных приводов высоковольтных выключателей или быстродействующих автоматических выключателей), воспринимает аккумуляторная батарея.

Один раз в месяц батарея, работающая в режиме постоянного подзаряда, должна быть заряжена от зарядного агрегата.

Сравнивая между собой два режима работы аккумуляторной батареи, можно указать на следующие преимущества режима постоянного подзаряда. Износ пластин батареи, работающей в режиме постоянного подзаряда, значительно меньше, чем у батареи, работающей в режиме заряд-разряд. Батарея в режиме постоянного подзаряда всегда готова к работе, чего нельзя сказать о батарее, работающей в режиме заряд-разряд. Здесь может случиться, что от разряженной батареи, приготовленной к включению на заряд, вдруг потребуется мощность, которую батарея дать не может. Поэтому аккумуляторные батареи преимущественно работают в режиме постоянного подзаряда.

Для осуществления режима заряд-разряд применяют схему аккумуляторной батареи с двойным элементным коммутатором (переключателем) (фиг. 423). В качестве зарядного агрегата здесь применен двигатель-генератор. Генератор присоединен к шинам через предохранители, автомат максимального тока с реле обратного тока, амперметр и переключатель П на два положения.

Максимальный автомат защищает генератор от перегрузки.

Реле обратного тока отключает генератор, если его э. д. с. станет меньше напряжения на шинах батареи. Это может произойти при уменьшении скорости вращения генератора, исчезновении напряжения переменного тока, питающего двигатель, и от других причин. Если в это время не отключить генератор, то он, перейдя в режим двигателя, станет нагрузкой для батареи.

Коммутатор имеет две ручки, из которых одна предназначена для заряда, а другая—для разряда. Обе ручки насаживаются на одну ось и могут поворачиваться независимо одна от другой.

Общее число аккумуляторов, соединяемых в батарею, должно быть таким, что даже разряженные до минимального напряжения u_раз элементы должны обеспечить на шинах батареи номинальное напряжение U_ш (115 или 230 В).

Выше было указано, что минимальным напряжением, ниже которого нельзя разряжать аккумулятор, будет для кислотно-свинцовых аккумуляторов 1,75—1,8 В, а для щелочных — 0,9—1 В.

Общее число аккумуляторов n в батарее находится из условия:

Обычно берут 66 аккумуляторов.

По схеме, представленной на фиг. 423, можно осуществить следующие случаи работы:

1) работает одна аккумуляторная батарея, питая нагрузку;

2) работает один зарядный агрегат, питая нагрузку;

3) зарядный агрегат работает параллельно с аккумуляторной батареей; агрегат и батарея совместно питают нагрузку;

4) зарядный агрегат заряжает батарею, одновременно питая нагрузку.

Рассмотрим каждый из перечисленных случаев работы аккумуляторной установки.

Разряд батареи. Зарядный агрегат не работает. Автомат А (фиг. 423) и переключатель П отключены. Разрядная рукоятка ставится в крайнее левое положение. Включены рубильники Р_б1 и Р_б2. По мере разряда батареи для поддержания напряжения на шинах постоянным рукоятка передвигается вправо. Тем самым вводятся в работу свежие аккумуляторы.

Работа одного зарядного агрегата на сеть. Включен автомат А, переключатель П стоит в левом положении. Рубильники батареи Р_б1 и Р_б2, отключены.

Параллельная работа генератора и батареи иа сеть. Зарядный агрегат работает. Включен автомат А. Переключатель П поставлен в левое положение. Рубильники Ре, и Ра, включены.

Работа зарядного агрегата иа заряд батареи и на сеть. Если нагрузка сети незначительна, то агрегат может отдавать ток в сеть и одновременно заряжать аккумуляторную батарею. Однако к концу заряда генератор дает напряжение больше того, при котором обычно работает сеть. Если включить в цепь реостат, то за счет падения напряжения в нем можно уменьшить напряжение. Но это неэкономично. Простым решением задачи одновременной работы генератора на сеть и на заряд является применение в схеме двухэлементного коммутатора. Последний дает возможность использовать разность между напряжением генератора и напряжением сети для заряда группы аккумуляторов, присоединенных к коммутатору.

Число аккумуляторов, соединенных с коммутатором z, можно определить, исходя из следующих рассуждений. Число постоянно работающих аккумуляторов в батарее равно n—z. При работе генератора на заряд и на сеть эта группа аккумуляторов подключается параллельно на шины установки. Поэтому напряжение на шинах U_ш к концу заряда должно быть равно напряжению, приходящемуся на группу постоянно работающих аккумуляторов.

Число аккумуляторов, соединенных с коммутатором, определится из выражения:

В этом случае обычно берут 22 элемента, что составляет третью часть всех аккумуляторов батареи.

Для работы генератора на заряд и на сеть пускают в ход асинхронный двигатель и, регулируя возбуждение генератора, устанавливают на шинах батареи номинальное напряжение. Включают автомат А, ставят переключатель П в правое положение, замыкают рубильники Р_б1 и Р_б2. Зарядную рукоятку коммутатора ставят в крайнее правое положение, а разрядную располагают немного левее по отношению к зарядной.

Ток генератора I состоит из двух токов: тока нагрузки I_Н и тока заряда батареи I_зар . Ток генератора от точки а растекается на две части: от точки б он направляется в сеть и через точки в и г поступает на разрядную рукоятку (точка е). Ток заряда I_зар от точки а направляется через батарею к точке е. Между точками е и ж по аккумуляторам, включенным между двумя рукоятками коммутатора, протекает зарядный ток и ток нагрузки, т. е. полный ток генератора. Для того чтобы аккумуляторы, соединенные с коммутатором, не страдали от перегрузки, их выбирают иа больший зарядный ток. По мере заряда зарядная и разрядная ручки передвигаются влево.

На фиг. 424 дана схема аккумуляторной батареи, работающей нормально по режиму постоянного подзаряда. Схема допускает также возможность работы батареи в режиме заряд-разряд. Здесь постоянно работает подзарядный агрегат небольшой мощности. Зарядный агрегат включается лишь при работе батареи по режиму заряд-разряд. Подзарядиый агрегат является резервом для зарядного агрегата.

Аккумуляторные батареи 24—48 В малой мощности составляются из двух групп, которые заряжаются и разряжаются попеременно. На фиг. 425 дана схема установки с маломощной аккумуляторной батареей.

5 Апрель, 2009 41314 ]]> Печать ]]>

В этой заметке содержатся общие советы по выбору аккумуляторов для систем с возобновляемыми источниками энергии. В заметке затронуты 3 основные технологии: литий-ионные, никель-металл-гидридные и свинцово-кислотные (AGM, или Gel).

Мы постараемся избегать формул и научных обоснований, просто приведем причины, по которым нужно выбирать тот или иной тип аккумуляторов в зависимости от конкретного применения системы электроснабжения.

Основные типы аккумуляторов

Существует 3 лидирующих технологии аккумуляторных батарей: свинцово-кислотные, щелочные и литий-ионные. Каждая из этих технологий имеет свои уникальные достоинства и недостатки, которые определяют их применение в различных случаях. Смотрите по ссылкам для более подробной информации о каждом из типов аккумуляторов:

никель-железные
никель-кадмиевые
никель-металгидридные

Свинцово-кислотные аккумуляторы

Наиболее распространенным типом АБ являются свинцово-кислотные, как с жидким электролитом, так и герметизированные (в последнее время становятся все более популярными вследствие снижения цены).

Тяговые аккумуляторы, как с жидким электролитом, так и герметизированные, предназначены для цикличных режимов работы. Аналогичными параметрами обладают и модификации deep cycle (глубокого разряда). Они более подходят для автономных систем энергоснабжения. Они дороже обычных герметизированных АБ , но и срок службы у них больше.

Герметичные свинцово-кислотные аккумуляторы имеют аналогичный принцип действия, как и обычные автомобильные стартерные аккумуляторы. Это наиболее зрелая технология, и по некоторым уникальным параметрам ей до сих пор не найдена замена. Эти аккумуляторы нельзя выбрасывать просто на свалку, так как они содержат высокотоксичные свинец и серную кислоту. Однако они очень легко утилизируются и свинец может быть использован повторно. Эти аккумуляторы заряжаются гораздо медленнее, чем другие аккумуляторы (примерна в 5 раз медленнее), но зато в состоянии обеспечивать гораздо больше мощности для питания мощных потребителей.

Самым большим недостатком свинцово-кислотных аккумуляторов является их вес. Из-за этого они имеют наихудшие показатели по удельной плотности энергии. Однако, широкое распространение элементов, используемых в этих аккумуляторах и простота их производства обуславливают не только их широкое применение, но и намного меньшую цену.

Щелочные аккумуляторы

Этим объясняется тот факт, что щелочные аккумуляторы не нашли широкого применения в системах автономного электроснабжения с возобновляемыми источниками энергии. Никель-кадмиевые и никель-металгидридные герметичные батареи могут использоваться в некоторых случаях. Хотя они намного дороже кислотных, зато имеют очень большой срок службы и имеют более стабильное напряжение в процессе разряда. Применяются обычно в переносных или мобильных источниках питания, т.к. позволяют запасать большее количество энергии на кг веса.

NiMh аккумуляторы появились на массовом рынке в 1980-х годах как более экологически чистая альтернатива никель-кадмиевым аккумуляторам. NiCd батареи используют высокотоксичный элемент кадмий в своем составе, и так как массовый бытовой потребитель не особо задумывается об утилизации отработанных аккумуляторов, это представляло большую проблему для окружающей среды. К недостаткам NiMh батарей относится сравнительно высокий саморазряд, который приводит к потере примерно 30% энергии в течение 1 месяца. Они также заряжаются в 2 раза дольше, чем литиевые или никель-кадмиевые аккумуляторы.

Никель-кадмиевые и никель-железные аккумуляторы с жидким электролитом дешевле герметичных, но содержат жидкий электролит, выделяют газы при заряде и требуют периодического обслуживания и специального вентилируемого помещения. По стоимости запасенной энергии в цикле заряд-разряд сопоставимы или даже дешевле герметичных свинцово-кислотных батарей.

Еще раз подчеркнем, что не для всякой резервной или автономной системы подходят щелочные аккумуляторы. Если есть солнечные батареи или ветроустановки, т.е. источники, которые выдают разные токи, в т.ч. и малые, щелочные аккумуляторы ставить смысла нет — энергия малых токов будет просто теряться без пользы.

Литий-ионные и литий-полимерные аккумуляторы

Это одна из наиболее новых технологий, которая развивается быстрее других. Существуют несколько вариаций химических процессов литий-ионных технологий, но их обсуждение здесь не затрагивается. Литий-ионные аккумуляторы широко применяются в малых электронных устройствах, таких как мобильные телефоны, гаджеты и аудиоплееры, электронные часы, карманные компьютеры и ноутбуки. Эти аккумуляторы очень хорошо снабжают малой мощностью в течение длительного времени. Они имеют очень высокую удельную плотность заряда, что значит они могут хранить значительное количество электрической энергии в малом объеме. Однако, такая концентрация энергии приводит в определенной уязвимости литий-ионных батарей.

Химия процесса литий-ионных аккумуляторов требует строгого соблюдения технологии изготовления, и загрязнения при производстве этих аккумуляторов часто приводят к ухудшению качества аккумуляторов. Многие возможно помнят отзыв тысяч ноутбуков Dell и Apple летом 2006 года, когда оказалось, что их аккумуляторы, произведенные Sony, содержат загрязнители, приводящие к их перегреву. Литиевые батареи не переносят перегрев, поэтому часто имеют встроенные электронные схемы, которые обеспечивают их безопасность за счет предотвращения перезаряда — заряд прекращается, если напряжение достигло предельного значения.

Литий-полимерные батареи, которые разработаны в последнее время, являются ‘сухой’ версией литий-ионных батарей. Они лучше себя ведут при высоких температурах (более 25C), а также позволяют изготавливать исключительно плоские батареи, вплоть до толщины кредитной карты. Вследствие особенностей технологии производства, эти батареи очень дороги, и редко их использование оправдано по сравнению с более обычными литий-ионными батареями.

Для систем электроснабжения лучше всего подходят литий-железо-фосфатные аккумуляторы. См. по ссылке подробную информацию по этому типу аккумуляторов. Купить такие аккумуляторы можно в нашем магазине.

В последнее время на российском рынке появились относительно недорогие литий-железо-фосфатные аккумуляторы производства завода Лиотех. Выпускаемые емкости — от 250 А*ч, поэтому их применение ограничено относительно мощными системами автономного или резервного электроснабжения. Также, есть неоднозначные отзывы об этих батареях.

Одни из новейших разработок — литий-титанатные аккумуляторы. Они имеют срок службы до 25000 тысяч циклов.

Как выбрать правильную батарею?

Итак, главный вопрос — какая батарея наиболее подходит для моего случая? Ответ довольно прост, а предопределяется природой каждой из вышеперечисленных технологий аккумуляторов.

Для маленьких, маломощных электронных устройств

Литиевые аккумуляторы применяются в карманных компьютерах, мобильных телефонах, и т.п. Они обеспечивают быстрый заряд, малый вес и компактные размеры, и не требуют обслуживания. Обычно вы скорее замените свое электронное устройство, чем литиевая батарея выработает своей ресурс.

Автомобильные адаптеры существуют для большинства этих электронных устройств, и эти же адаптеры можно использовать с 12V солнечной батареей (обычно мощностью до 10 Вт).

Для цифровых фотоаппаратов и камер, радиоприемников и фонариков

Здесь применяются NiMh аккумуляторы как замена стандартных алкалиновых элементов типа ‘AA’ или ‘AAA’. Они питают достаточно хорошо вспышки фотоаппаратов, доступны повсеместно и есть очень много зарядных устройств хорошего качества в любом специализированном магазине.

основным недостатком NiMh аккумуляторов является их неспособность сохранять заряд в течение длительного времени. В 2008 году появились новые технологии NiMh батарей, которые преодолевают эти недостатки (например PowerEx Imedion).

Когда дело доходит до заряда АА батарей, появляются много возможностей. Но лучше купить хорошее зарядное устройство. Многие зарядные устройства, которые позволяют быстро заряжать аккумуляторы, приводят к их перегреву. Помните, что оптимальный ток заряда составляет 200-300 мА. Появившиеся в последнее время мощные зарядные устройства с током до 1 А не позволяют полностью заряжать ваши батареи и сокращают их срок службы.

Для солнечных электростанций

Когда нужно сохранить энергию, выработанную солнечными батареями, королями по прежнему являются свинцово-кислотные аккумуляторы. Домашние фотоэлектрические системы используют специальные аккумуляторы глубокого разряда (похожие на аккумуляторы для гольф-каров). Они имеют низкую цену, широко доступны и способны сохранять энергию месяцами при очень малом саморазряде. когда вы инвестируете в солнечные батареи, очень важно не терять так дорого достающуюся электроэнергию. Работа свинцово-кислотных батарей показала в течение многих лет эксплуатации их стабильность и предсказуемость.

Маленькие переносные устройства с солнечными батареями используют маломощные литиевые аккумуляторы для того, чтобы обеспечить их малый вес и не повлиять отрицательно на их дизайн.

Химические процессы в литиевых и метал-гидридных аккумуляторах становятся нестабильными при больших размерах батарей. Сложность регулирования и схемы управления сильно возрастает при увеличении емкости литиевых аккумуляторов. Было бы конечно заманчиво иметь батарею намного более легкую, чем свинцово-кислотная, но, к сожалению, сейчас литиевые и металгидридные аккумуляторы наиболее подходят только для маломощных потребителей постоянного тока. Исключение составляют современные литий-железо-фосфатные аккумуляторы. При правильном подборе системы управления зарядом они могут быть заменой свинцово-кислотным аккумуляторам в системах автономного и резервного электроснабжения.

NiMh батареи трудно сделать большими, и максимальная емкость одного аккумулятора из тех, которые есть на рынке, составляет 4 А*ч. При неправильном заряде, NiMh аккумуляторы могут выделять водород . Это не проблема для пальчиковых батарей, но если аккумуляторная батарея довольно большая, то это нужно учитывать при эксплуатации. Также, если NiMh батарея выходит из строя, это происходит практически сразу. т.е. один день она работает хорошо, но на следующий день она может выдать не более 50% емкости — это не очень хорошо, если вы находитесь далеко от электрической розетки.

Литиевые батареи содержать специальные электронные схемы для обеспечения безопасной работы, и которые не позволяют их заряжать слишком быстро или перезаряжать, а также ограничивают разрядные токи. Большинство литиевых батарей не смогут выдать больше, чем их двойная номинальная емкость. Это означает, что самые большие батареи для ноутбука не могут обеспечить более 100Вт мощности. Попробуйте подключить инвертор к 12В литиевой батареи, и он даже не сможет распознать, что к нему подключена батарея. Почти все аккумуляторные батареи на литиевых аккумуляторах не поддерживают даже самые маленькие инверторы, если к ним подключена нагрузка. Также, как и NiMh аккумуляторы, литиевые выходят из строя неожиданно, когда приближается окончание их срока службы. Многие замечали, что их сотовые телефоны неожиданно начинают работать намного меньше, чем совсем недавно. Это также не добавляет уверенности в работе аккумуляторов, если вы уезжаете далеко от электрической розетки, от которой можно в любое время подзарядить аккумулятор.

Почитайте разделы по солнечным батареям и по контроллерам заряда, чтобы иметь более ясное представление о том, как работает солнечная энергосистема, какие режимы заряда и разряда необходимы для обеспечения надежного обеспечения энергией вдали от сетей централизованного электроснабжения.

Выбор батарей: итоговые замечания

Литиевые батареи

могут обеспечивать до 5000 зарядных циклов
Наиболее длительный срок службы при разряде на 80%
Могут заряжаться за 1-2 часа
Могут работать при минусовых температурах, но заряжать нужно при плюсовых температурах
Не могут заряжаться малыми токами
Требуют обслуживания, выравнивания и специальной системы управления зарядом и разрядом
Саморазряд на уровне примерно 10% в месяц
Можно хранить в холодном месте при заряженности не менее 40% от полной
Низкая токсичность, но желательно утилизировать после окончания срока службы

Никель-металгидридные батареи

Могут обеспечить до 3000 зарядных циклов
Заряд происходит за 2-4 часа
Могут работать при минусовых температурах
Не могут заряжаться малыми токами, низкая устойчивость к перезаряду
Могут обеспечивать большие токи при мощности до 200Вт (для самых больших NiMh батарей)
Требуют периодического обслуживания и выравнивания (каждые 3 месяца)
Саморазряд на уровне примерно 30% в месяц
Можно хранить в холодном месте при заряженности не менее 40% от полной
Низкая токсичность, но желательно утилизировать после окончания срока службы

Герметичные свинцово-кислотные аккумуляторы

Подробно о видах и применении свинцово-кислотных аккумуляторов в статье Типы свинцово-кислотных аккумуляторов

Эта статья прочитана 30594 раз(а)!

Продолжить чтение

Какая емкость аккумуляторной батареи нужна в системе электроснабжения? При расчете системы автономного или резервного электроснабжения очень важно правильно выбрать емкость аккумуляторной батареи. Специалисты компании "Ваш Солнечный Дом" помогут Вам правильно рассчитать необходимую емкость АБ для вашей энергосистемы. Для предварительного расчета…

Классификация аккумуляторов для мобильных устройств Источник Идеального аккумулятора энергии до сих пор не существует — в разных областях для каждого типа мобильных устройств и конкретных решений сложилась определенная специфика применения источников питания, а также технологические предпочтения. Однако если вы хорошо…

Аккумуляторы для систем электроснабжения. Руководство покупателя В интернете есть много разрозненной информации по разным типам аккумуляторов, их возможностям, характеристикам, областям применения, достоинствам и недостаткам. При этом во многих случаях информация эта однобокая - связано это бывает или с недостаточными знаниями…

Применение и эксплуатация кислотно-свинцовых герметичных аккумуляторов Автор: Журавлев О. В. В статье рассмотрены вопросы применения и эксплуатации кислотно-свинцовых герметичных аккумуляторных батарей, наиболее широко используемых для резервирования аппаратуры охранно-пожарной сигнализации (ОПС) Появившиеся на российском рынке в начале 90-х годов кислотно-свинцовые герметичные…

Как продлить срок службы свинцово-кислотных аккумуляторов? Зачастую представляет определенные трудности использовать напрямую энергию, генерируемую солнечными, ветровыми или микрогидроэлектрическими установками. Поэтому электричество обычно сохраняется в специальных аккумуляторных батареях для последующего использования. Эти батареи очень часто работают по тому же принципу, что…

Читайте также: