Акумулятори для тяги

Інвалідні візки, скутери та гольф-кари здебільшого використовують свинцево-кислотні акумулятори. Незважаючи на їхню важкість, свинцево-кислотні акумулятори працюють досить добре, і лише помірні спроби перейти на інші системи робляться. Літій-іонні акумулятори будуть природною альтернативою в багатьох випадках.

Хоча літій-іонні акумулятори дорожчі за свинцево-кислотні, вартість циклу може бути нижчою завдяки довшому терміну служби. Ще однією перевагою літій-іонних акумуляторів над свинцево-нікелевими є низькі витрати на обслуговування. Літій-іонні акумулятори можна залишати в будь-якому стані заряду без негативних побічних ефектів. На відміну від них, нікель-кадмієві та нікель-металогідридні акумулятори потребують періодичного повного розряду, щоб запобігти «пам'яті», а свинцево-кислотні акумулятори потребують насиченого заряду, щоб запобігти сульфатації.

Більшість інвалідних візків та гольф-карів досі працюють на свинцево-кислотних акумуляторах, як і вилкові навантажувачі. Для вилкових навантажувачів велика вага не є проблемою, але тривалий час заряджання є недоліком для складів, що працюють цілодобово. Деякі вилкові навантажувачі оснащені паливними елементами, які заряджають акумулятор під час використання транспортного засобу. Акумулятор можна зменшити, але не виключити, оскільки паливний елемент має погану подачу енергії та повільно розганяється за потреби; акумулятор залишається основним джерелом живлення.

Чим важчий колісний транспортний засіб, тим менш придатним стає акумулятор. Це не заважає інженерам розглядати великі акумуляторні системи для заміни забруднюючих двигунів внутрішнього згоряння (ДВЗ). Одним із таких застосувань є система автоматично керованих транспортних засобів (AGV) у суднових портах. AGV працюють 24 години на добу, і транспортні засоби не можуть бути пришвартовані для тривалих інтервалів заряджання. Літій-іонні акумулятори частково вирішують цю проблему, замінюючи дуже великий 10-тонний свинцево-кислотний акумулятор ємністю 300 кВт·год легшим акумулятором, який можна заряджати швидше. Але дуже великі акумулятори мають обмеження через вагу, час заряджання та інфраструктуру, і паливний елемент може вирішити проблему великих тягових систем.

Однак, поки що не існує економічного рішення для використання акумуляторів для великих тягових систем, і повністю уникнути спалювання викопного палива неможливо. Хоча сучасний літій-іонний акумулятор забезпечує близько 150 Вт·год/кг енергії, чиста теплотворна здатність (ЧТЗ) викопного палива перевищує 12 000 Вт·год/кг. Навіть за низького ККД двигуна внутрішнього згоряння, що становить 25%, енергія, що виробляється акумулятором, є незначною порівняно з викопним паливом. Крім того, двигун внутрішнього згоряння може працювати в умовах екстремального холоду та спеки, що є завданням, з яким акумулятор не справляється.

Акумулятори для авіації

Обов'язок акумуляторів на борту літака полягає в живленні навігаційних та аварійних систем, коли допоміжний силовий агрегат (ДСУ) вимкнений або під час надзвичайної ситуації в польоті. Акумулятор забезпечує живлення для гальмування, роботи на землі та запуску ДСУ. У разі відмови двигуна акумулятори повинні забезпечувати енергію від 30 хвилин до 3 годин. Кожен літак також повинен мати достатній заряд акумулятора для забезпечення безпечної посадки. Під час польоту електроенергія постачається генераторами, і, подібно до автомобіля, бортовий акумулятор можна відключити за потреби.

Більшість комерційних реактивних лайнерів використовують затоплений нікель-кадмієвий акб. Запуск великого літака починається з запуску ВСУ, невеликого турбінного двигуна, розташованого в хвостовій частині літака. Це займає значно більше часу та вимагає більше енергії, ніж запуск поршневого двигуна аналогічного розміру. Швидкість запуску ВСУ повинна бути достатньо високою, щоб досягти стиснення для самостійного запалювання. Запуск займає близько 15 секунд і споживає 15 кВт енергії. Після запуску повітряний компресор або гідравлічний насос запускає великі реактивні двигуни один за одним.

Менші літаки часто мають герметичні свинцево-кислотні акумулятори. Хоча вони важчі за нікель-кадмієві, свинцево-кислотні потребують менше обслуговування. Авіаційні акумулятори на 12 та 24 В мають номінальні значення IPP (пікова струмова потужність)* та IPR (номінальна струмова потужність)**, а не CCA (сила холодного запуску), як це прийнято в автомобільній промисловості. IPP та IPR – це стандарт Міжнародної електротехнічної комісії (IEC 60952-1) для авіаційних акумуляторів та стандарт FAA TSO-C173, що дозволяє акумулятору запускати кожен двигун протягом 25–40 секунд при високому струмі.

Батарейні монітори

Відстежуй основні показники акумуляторів та будь у курсі стану твого акб

Батарейний монітор Victron BMV-700

Монітор підходить для AGM, GEL, а також літієвих батарей LiFePO4, і вимірює напругу, струм, спожиту ємність, час до розрядження, а також може опціонально відображати температуру батареї.

Купити

Батарейний монітор Victron SmartShunt 500A

Це інтелектуальний шунт з функціями повноцінного батарейного монітору, який підключається до вашого смартфона або GX-пристрою через вбудований Bluetooth або VE.Direct порт.

Купити

Батарейний монітор Victron SmartShunt 500A IP65

Вдосконалена версія популярного SmartShunt, розроблена для використання у вологих, пилових або морських умовах, з повним захистом корпусу за стандартом IP65

Купити

Подивитися більше

Сучасні реактивні винищувачі використовують літій-іонні акумулятори, як і Boeing 787 Dreamliner. Airbus 350 пропонує варіант будь-якого з цих хімічних елементів. Оскільки бортові функції авіалайнера переходять від гідравлічних до електричних, потрібні більші акумулятори. Літій-іонні акумулятори з вищою енергоємністю краще задовольняють цю потребу, ніж нікель-кадмієві та свинцево-кислотні. Однак неочікуваний вихід з ладу літій-іонних акумуляторів із серйозними наслідками може змусити виробників літаків повернутися до нікель-кадмієвих акумуляторів. Усі акумулятори схильні до поломок, також повідомляється про теплові поломки з нікель-кадмієвими акумуляторами, але з ними можна краще впоратися, ніж з літій-іонними.

Нікель-кадмієві акумулятори забезпечують довговічність та надійну роботу, але потребують ретельного обслуговування, яке включає тренування акумулятора для усунення «пам’яті». Обслуговування основного акумулятора полягає в повному розряді та замиканні кожного елемента протягом 24 годин за допомогою ремінця. Ємність акумулятора також перевіряється за допомогою аналізатора акумуляторів. Менші нікель-кадмієві акумулятори мають інші вимоги до обслуговування.

Хоча літаки мають на борту багато різних акумуляторів, їх єдине призначення — запускати двигун і забезпечувати резервне живлення, коли двигуни вимкнені. Великі літаки продовжуватимуть літати на викопному паливі, оскільки акумулятори поки що непрактичні для руху. Невеликі літаки з акумуляторним живленням випробовуються для навчання пілотів та для коротких перельотів, але це лише експериментальні проекти. Вага та надійність старіючого акумулятора залишаються основними проблемами.

• Комерційні лайнери: Переважно використовують затоплені нікель-кадмієві (NiCd) акумулятори через їхню надійність.
• Менші літаки: Часто оснащені герметичними свинцево-кислотними акумуляторами.
• Сучасні винищувачі (Boeing 787): Використовують літій-іонні (Li-ion) через вищу енергоємність.
• Обслуговування NiCd: Потребують регулярного обслуговування для усунення «пам’яті».

Акумулятори для аерокосмічної галузі

Ранні супутники використовували нікель-кадмієві акумулятори, і це призвело до відкриття феномену « пам'яті ». Акумулятор розряджався за певним графіком, але коли потрібно було більше енергії, він міг запам'ятовувати. Напруга падала, ніби протестуючи проти небажаного перезаряджання.

Нікель-кадмієвий акумулятор був замінений нікель-водневим як акумулятор з винятково тривалим терміном служби. Підприємці намагалися представити цей дивовижний акумулятор для комерційного використання, але висока ціна та великий розмір зіпсували його сприйняття на ринку. Кожен елемент коштує близько 1000 доларів і має вигляд невеликого парового двигуна зі сталевим резервуаром під тиском.

Літій-іонний акумулятор – це вибір для супутників. Він легкий, легко заряджається, довговічний та добре циклічно розряджається. Літій-іонний акумулятор може працювати в будь-якій системі на кристалі протягом тривалого часу без побічних ефектів; він має низький саморозряд і практично не потребує обслуговування.

Марсохід Curiosity використовує спеціально розроблені літій-нікель-оксидні елементи (LiNiCo) у схемі 8S2P (вісім елементів послідовно та два паралельно), які заряджаються та розряджаються лише частково для збільшення терміну служби. У такому режимі термін служби становить чотири роки та приблизно 700 солів. (Термін «сол» використовується планетарними астрономами для позначення тривалості сонячного дня на Марсі.) Елементи ємністю 43 А·год, два з яких з'єднані паралельно, мають максимальний коефіцієнт розряду C 0,55 C.

NASA хоче, щоб літій-іонні акумулятори працювали 7 років і витримували 37 000 циклів розрядки з показником Міністерства оборони США (DoD) від 40 до 60 відсотків. Лабораторії NASA показують, що закінчення терміну служби пов'язане зі зростанням шару SEI на аноді, втратою матеріалу катода, втратою провідного шляху, покриттям металевим літієм та окисленням електроліту. Великі літій-іонні елементи ємністю 140 Аг розробляються та обіцяють прослужити до 18 років

Стаціонарні та мережеві акумулятори (ESS)

Зі зростанням вибору акумуляторів для систем накопичення енергії (СНА), вибір не повинен ґрунтуватися лише на ціні. Вартість за кВт⋅год мало що говорить без розгляду загальної вартості володіння, яка включає вартість циклу, термін служби та, можливо, заміну.

Свинцево-кислотні акумулятори добре підходять для завдань, що потребують лише епізодичних розрядів. Проточні акумулятори та натрій-сірчані акумулятори добре працюють для великих систем, що потребують регламентованих розрядів, тоді як літій-іонні рекомендуються для малих та середніх систем, що забезпечують короткий розряд із можливістю швидкої зарядки кілька разів на день.

Традиційно стаціонарні акумулятори були свинцево-кислотними. Розмір і вага мають менше значення, а обмежена кількість циклів не створює проблеми, коли акумулятори рідко розряджаються. Великі стаціонарні акумулятори здебільшого затоплені та потребують регулярної перевірки рівня електроліту. Це обслуговування можна зменшити за допомогою автоматичної системи поливу.

Свинцево-кислотні акумулятори з клапанним регулюванням (VRLA) – це версія свинцево-кислотних акумуляторів із затопленим двигуном, що не потребує особливого обслуговування. Кажуть, що VRLA можна встановити та забути про нього, але часто це доходить до крайнощів, коли про акумулятори нехтують. Технічне обслуговування включає перевірку напруги, внутрішнього опору та іноді рівнів ємності.

Для застосувань, що потребують впливу високих та низьких температур, а також глибокого циклу розрядки/розрядки, часто використовуються затоплені нікель-кадмієві акумулятори. Ці акумулятори міцніші, ніж свинцево-кислотні, але приблизно в чотири рази дорожчі. Затоплені нікель-кадмієві акумулятори не спікаються та менш схильні до ефекту пам'яті, ніж спечені версії, які є герметичними, але все ж потребують певного обслуговування. NiCd – єдиний акумулятор, який можна швидко зарядити з мінімальним навантаженням.

Акумулятори NiCd

Надійні нікель-кадмієві акумулятори для резервного живлення та побудови великих енергетичних систем

EBH10 / KHP10 1,2В 10Аг – NiCd акумулятор нікель-кадмієвий

Надійна робота при високих розрядних струмах. Стійкість до перезаряду, глибокого розряду та ударів

Купити

SEBM20 / KMP20 1,2В 20Аг – NiCd акумулятор нікель-кадмієвий

Герметичний корпус з клапаном — обслуговування 1 раз на 3–5 років. Надійна конструкція з довговічністю до 20+ років

Купити

EBM700 / KMP700 1,2В 700Аг – NiCd акумулятор нікель-кадмієвий

Серія акумуляторів EBM/KMP оптимізована роботу при розрядах від 30 хвилин до 2 годин, але може виконувати задачі при більш тривалих розрядах

Купити

Подивитися більше

Багато стаціонарних акумуляторів також працюють на літій-іонних. Літій-іонні мають багато переваг, але вони не працюють так добре, як нікель-кадмієві та свинцево-кислотні за низьких температур. Ще один акумулятор, який повертається для стаціонарного використання, – це нікель-залізний. Винахідник Томас Едісон пропагував NiFe для електромобілів, але зрештою він поступився свинцево-кислотним через високу вартість та високий саморозряд. Удосконалення усунули деякі недоліки, і чудова довговічність цього акумулятора знову викликає інтерес.

Порівняння вартості для мережевих систем

Таблиця 1: Ціни є приблизними. Літій-іонні мають вищу початкову вартість, але нижчу вартість циклу.

Система керування акумулятором (BMS) підтримує рівень заряду приблизно на 50%, щоб поглинати та віддавати енергію за потреби, стабілізуючи напругу в мережі менш ніж за секунду.

Системи накопичення енергії (мережеві акумулятори)

Відновлювані джерела енергії, такі як вітер і сонце, не забезпечують стабільного потоку енергії та не завжди відповідають попиту користувачів. Для забезпечення безперебійного обслуговування необхідні великі системи накопичення енергії (СНС), які називаються системами вирівнювання навантаження або мережевими акумуляторами.

ESS має значний потенціал зростання, переходячи від вугілля та нафти до відновлюваних ресурсів. За оцінками, лише в Південній Африці потужність установок ESS досягне 1500 МВт·год до 2021 року. Розглядаються такі хімічні речовини, як проточні акумулятори , літій-іонні, свинцево-кислотні та цинк-бромні. Цинк-бром – це тип гібридного проточного акумулятора, який можна розглядати як гальванічний пристрій. Під час заряджання цинк гальванічно осаджується на провідних електродах, утворюючи бром; процес відбувається зворотно при розряді. Ще одним провідним акумулятором ESS є високотемпературний натрій-сірчаний акумулятор .

Зберігання енергії для забезпечення пікової потужності не є чимось новим. Гідроелектростанції використовують надлишок електроенергії для перекачування води назад у резервуар вночі для використання наступного дня. З коефіцієнтом корисної дії 70–85 відсотків, гідроенергетикою легше керувати, ніж налаштовувати генератори відповідно до конкретних потреб у потужності. Для накопичення енергії також використовується закачування стисненого повітря у великі підземні порожнини та підводні аеростати.

Маховики також служать накопичувачами енергії. Великі електродвигуни розганяють маховики вагою в одну тонну, коли доступна надлишкова енергія для покриття короткочасного дефіциту енергії. Високошвидкісні маховики обертаються зі швидкістю понад 30 000 об/хв на магнітних підшипниках у вакуумній камері. Електродвигуни/генератори з постійними магнітами заряджають та розряджають кінетичну енергію за потреби.

Сучасні маховики замінюють сталь вуглецевими волокнами, щоб витримувати вищі обертання до 60 000 об/хв. Енергія збільшується пропорційно квадрату швидкості, забезпечуючи в чотири рази більшу потужність при меншій вазі. У разі виходу з ладу маховика корпус запобігає вильоту осколків.

Використання маховиків для накопичення кінетичної енергії не є новим. У 1940-х і 1950-х роках міські автобуси у Швейцарії були оснащені маховиками. Електродвигун розкручував 3-тонний маховик до 3000 об/хв за 3 хвилини. Перетворюючись на генератор, двигун потім перетворював енергію назад в електрику. Кожен заряд забезпечував 6 км (3,75 милі) ходу на рівній дорозі. Автобус був екологічно чистим, але гіроскоп перешкоджав зміні напрямку на звивистій дорозі.

Вирівнювання навантаження тяжіє до літій-іонних акумуляторів через їх малу площу, низькі витрати на обслуговування та тривалий термін служби. Літій-іонні акумулятори не страждають від сульфатації , як свинцево-кислотні, якщо їх періодично не повністю заряджати. Це може бути суттєвим недоліком в установках, коли попит перевищує пропозицію. Літій-іонні акумулятори також мають перевагу в тому, що вони легкі та напівпортативні для установок у віддалених місцях. Недоліками літій-іонних акумуляторів є їх висока ціна та низька продуктивність за низьких температур. Ще одним недоліком є ​​неможливість заряджання нижче нуля.

Акумулятори LiFePO4

Надійні літій-залізо-фосфатні акумулятори для сонячних та резервних систем.

LiFePO4 Sacred Sun SCIFP1250 (12В, 50Аг)

Компактний акумулятор із вбудованим BMS для безпечної роботи у сонячних та резервних системах.

Купити

 LiFePO4 Victron Lithium SuperPack 12.8В 100Аг

Сучасна літій-залізо-фосфатна батарея (LiFePO4) з вбудованим BMS і захистом від перевантаження

Купити

LiFePO4 Victron Smart Battery 12.8V/100Ah 

 Високоякісне джерело енергії з довгим терміном служби, високою безпекою та сумісністю з екосистемою Victron Energy

Купити

Подивитися більше

Ціна на літій-іонні акумулятори знизилася, і в таблиці 1 наведено порівняння вартості зі свинцево-кислотними акумуляторами для застосування в мережевих системах зберігання енергії. Хоча початкова ціна на літій-іонні вища, ніж на свинцево-кислотні, вартість циклу розрядки/розрядки нижча в застосуваннях з глибоким циклом зарядки/розрядки. Кажуть, що літій-іонні акумулятори здобувають частку ринку, але свинцево-кислотні акумулятори збережуть свої позиції.

Таблиця 1: Порівняння вартості свинцево-кислотних та літій-іонних акумуляторів для відновлюваної енергії 

Літій-іонні акумулятори мають вищу початкову вартість, але нижчу за вартість циклу. Ціни є приблизними.
Потужність великої промислової вітрової турбіни становить 1 мегават (МВт) і більше; потужність найбільших агрегатів зросла до 10 МВт. Кілька турбін утворюють вітрову електростанцію, яка виробляє 30–300 МВт. Щоб зрозуміти один мегават, 1 МВт забезпечує електроенергією 50 будинків або супермаркет Walmart.

Не всі системи відновлюваної енергії включають акумулятори для вирівнювання навантаження. Акумулятори просто стають занадто великими, і інвестиції не завжди виправдовуються. Якщо вітрова електростанція потужністю 30 МВт підтримується акумуляторами, вона використовує акумуляторну батарею потужністю близько 15 МВт. Це еквівалентно 20 000 стартових акумуляторів або 176 електромобілям Tesla S 85 з акумулятором ємністю 85 кВт·год кожен. Вартість зберігання енергії в акумуляторі висока, і деякі кажуть, що це подвоює вартість прямого постачання.

Система керування акумулятором (BMS) підтримує рівень заряду акумулятора приблизно на 50 відсотках, щоб поглинати енергію під час поривів вітру та забезпечувати високі навантаження. Сучасні BMS можуть перемикатися з режиму заряду на розряд менш ніж за секунду. Це допомагає стабілізувати напругу на лініях електропередачі, також відоме як регулювання частоти.

BMS для літієвих АКБ

Захищає батареї від перезаряду, глибокого розряду, перегріву та надвисокого струму

Victron VE.Bus BMS V2 – система управління літієвими акумуляторами LiFePO4 Smart

Розумна система керування батареями LiFePO4 Smart від Victron

Купити

SmallBMS – BMS для LiFePO4 Smart акумуляторів Victron

 Компактна система керування батареями Victron Lithium Smart (LiFePO4), що забезпечує базовий захист акумуляторів від глибокого розряду, надмірного заряду та перегріву.

Купити

Smart BMS CL 12/100 – інтелектуальний захист LiFePO4 батарей у 12В системах від Victron Energy

Поєднує обмеження струму з генератора, Bluetooth-моніторинг, аварійні виходи та модульну взаємодію з іншими пристроями Victron – все в одному пристрої!

Купити

Подивитися більше