Основи розрядки
Призначення та особливості
Призначення акумулятора — накопичувати енергію та вивільняти її у потрібний час. У цьому розділі розглядається розряд за різних значень C-швидкості та оцінюється глибина розряду, до якої акумулятор може безпечно досягти. Також досліджуються характеристики розряду та термін служби акумулятора за різних режимів навантаження.
Електрохімічні переваги
Електрохімічний акумулятор має перевагу над іншими пристроями зберігання енергії, оскільки рівень енергії залишається стабільним протягом більшої частини заряду та швидко падає в кінці. Для порівняння: суперконденсатор має лінійний розряд, а системи на основі стисненого повітря чи маховика забезпечують максимум потужності на початку. На рисунках 1–3 зазвичай демонструють моделювання цих характеристик.
Перевантаження та термін служби
Більшість акумуляторних батарей можна короткочасно перевантажувати, але це навантаження має бути коротким. Термін служби батареї безпосередньо пов'язаний з рівнем і тривалістю навантаження, яке включає заряд, розряд і температуру.
Любителі дистанційного керування (RC) — це особлива порода користувачів акумуляторів, які максимально розширюють допустиму потужність «крихких» високопродуктивних акумуляторів, розряджаючи їх зі швидкістю розряду C 30C, що в 30 разів перевищує номінальну ємність. Хоча гелікоптер на радіокеруванні, перегоновий автомобіль і швидкісний човен можуть бути захопливими, термін служби таких акумуляторів буде коротким. Шанувальники RC добре знають про компроміс і готові як заплатити ціну, так і зіткнутися з додатковими ризиками для безпеки.
Щоб отримати максимальне співвідношення енергії до ваги, виробники дронів тяжіють до елементів з високою ємністю та обирають Energy Cell. Це відрізняється від галузей, що вимагають великих навантажень та тривалого терміну служби. У цих сферах застосування використовуються більш надійні Power Cell зі зменшеною ємністю.
Глибина розряду
Свинцево-кислотні акумулятори розряджаються до 1,75 В/елемент; нікелеві системи – до 1,0 В/елемент; а більшість літій-іонних акумуляторів – до 3,0 В/елемент. На цьому рівні витрачається приблизно 95 відсотків енергії, і напруга швидко впаде, якщо розряд продовжиться. Щоб захистити акумулятор від надмірного розряду, більшість пристроїв запобігають роботі при напрузі, що перевищує зазначену кінцеву напругу розряду.
Захист від глибокої розрядки
Захист АКБ від впливу глибокої розрядки та подовження терміну його експлуатації
Smart BatteryProtect 12/24V 65A Victron Energy
Автоматично відключає навантаження, коли напруга на акумуляторі падає нижче критичного рівня, що захищає АКБ від глибокого розряду. Передбачено підтримку Bluetooth
Купити
Smart BatteryProtect 12/24V 220A Victron Energy
Розумний контролер навантаження, який підтримує інтеграцію з VE.Bus BMS, режим роботи з літієвими акумуляторами, а також має низьке енергоспоживання та захист від перенапруги.
Купити
BatteryProtect 12/24V 100A Victron Energy
Захищає як AGM / GEL, так і LiFePO₄ акумулятори від глибокого розряду, який може серйозно зменшити строк служби або повністю вивести АКБ з ладу.
КупитиПісля зняття навантаження після розряду напруга справного акумулятора поступово відновлюється та підвищується до номінального значення. Різниця у спорідненості металів в електродах створює цей потенціал напруги навіть тоді, коли акумулятор розряджений. Паразитне навантаження або високий саморозряд перешкоджають відновленню напруги.
Високий струм навантаження, як це відбувається під час свердління бетону електроінструментом, знижує напругу акумулятора, і поріг напруги кінця розряду часто встановлюється нижче, щоб запобігти передчасному відключенню. Напругу відключення також слід знижувати під час розряду за дуже низьких температур, оскільки напруга акумулятора падає, а внутрішній опір акумулятора зростає. У таблиці 4 наведено типові напруги кінця розряду для акумуляторів різного хімічного складу.
| Режим | Літій-марганець | Літій-фосфат | Свинцево-кислотний | NiCd / NiMH |
|---|---|---|---|---|
| Номінальний | 3,60 В/елемент | 3,20 В/елемент | 2,00 В/елемент | 1,20 В/елемент |
| Звичайне навантаження | 3,0–3,3 В/елемент | 2,70 В/елемент | 1,75 В/елемент | 1,00 В/елемент |
| Важке навантаження або низька температура |
2,70 В/елемент | 2,45 В/елемент | 1,40 В/елемент | 0,90 В/елемент |
Таблиця 4: Номінальна та рекомендована напруга кінця розряду за нормального та важкого навантаження.
Нижча напруга кінця розряду за високого навантаження компенсує більші втрати.
Перезаряджання свинцево-кислотного акумулятора може призвести до утворення сірководню – безбарвного, отруйного та легкозаймистого газу, який пахне тухлими яйцями. Сірководень також утворюється під час розкладання органічних речовин у болотах та каналізації, а також присутній у вулканічних газах та природному газі. Газ важчий за повітря та накопичується на дні погано провітрюваних приміщень. Спочатку запах сильний, але з часом притупляється, і потерпілі не підозрюють про присутність газу.
Що являє собою цикл розрядки?
Цикл розряду/заряду зазвичай розуміється як повний розряд зарядженого акумулятора з подальшим перезарядженням, але це не завжди так. Акумулятори рідко повністю розряджаються, і виробники часто використовують формулу 80-відсоткової глибини розряду (DoD) для оцінки акумулятора. Це означає, що доставляється лише 80 відсотків доступної енергії, а 20 відсотків залишається в резерві. Цикл розряду/заряду акумулятора при менш ніж повному розряді збільшує термін служби, і виробники стверджують, що це ближче до польового відображення, ніж повний цикл, оскільки акумулятори зазвичай перезаряджаються з деяким запасом ємності.
Немає стандартного визначення того, що вважається циклом розряду. Деякі лічильники циклів додають повний підрахунок, коли акумулятор заряджається. Розумний акумулятор може вимагати 15-відсоткового розряду після заряду, щоб кваліфікуватися як цикл розряду; все, що менше, не враховується як цикл. Акумулятор у супутнику має типовий рівень заряду 30–40 відсотків, перш ніж акумулятори перезаряджаються протягом дня роботи супутника. Новий акумулятор електромобіля може заряджатися лише до 80 відсотків і розряджатися до 30 відсотків. Ця смуга пропускання поступово розширюється, оскільки акумулятор розряджається, щоб забезпечити однакову дальність проїзду. Уникнення повних зарядів і розрядів зменшує навантаження на акумулятор.
Гібридний автомобіль використовує лише частину ємності під час розгону, перш ніж акумулятор зарядиться. Запуск двигуна транспортного засобу споживає менш як 5 відсотків енергії від стартерного акумулятора, і це також називається циклом в автомобільній промисловості. Посилання на кількість циклів слід робити в контексті відповідного режиму роботи.
Посилання на цикл розряду або кількість циклів не однаково добре стосується всіх застосувань акумуляторів. Одним із прикладів, коли підрахунок циклів розряду не відображає точно стан ресурсу, є пристрій зберігання енергії (ESS). Ці акумулятори доповнюють відновлювані джерела енергії від вітрової та фотоелектричної енергії, забезпечуючи короткочасну енергію за потреби та накопичуючи її, якщо вона надлишку. Тривалість часу між зарядом та розрядом може становити мілісекунди, типовий стан заряду акумулятора становить 40–60%. Замість кількості циклів, для вимірювання зносу можна використовувати кулонівський підрахунок.
