Технические характеристики аккумуляторной батареи

Технические характеристики аккумуляторной батареи

Аккумуляторная батарея – важнейшая составляющая систем резервного и автономного электроснабжения отдельных электрических приборов или целых объектов промышленного и бытового назначения. На сегодняшний день широкое применение получили аккумуляторы свинцово-кислотного типа (AGM VRLA и GEL VRLA), OPZS, OPZV, а также никель-кадмиевые (Ni-Cd) и литий-ионный типы (Li-ion, LiFePO4, Li-pol).

Современные свинцово-кислотные аккумуляторы, как понятно из названия, состоят из свинца и кислоты, где положительно заряженным элементом является свинец, а отрицательно заряженным – оксид свинца. Самая распространенная аккумуляторная батарея состоит из шести банок по 2В и имеет общее напряжение 12В.

Качество аккумуляторов можно определить по нескольким важным свойствам:

· Емкость, Ампер/час;

· Напряжение, Вольт;

· Допустимая глубина разряда, %;

· Срок службы, лет;

· Диапазон рабочих температур, °С;

· Саморазряд, %;

· Габариты, мм;

· Вес, кг;

· Ток заряда, А;

Емкость аккумулятора

Данный параметр отражает количество энергии, которую может сохранить батарея, измерение производится в Ампер*часах. На текущий момент аккумуляторы выпускаются емкостью от 0,6 до 4000Ач. К примеру, батарея с емкостью 200Ач способна обеспечить электропитанием нагрузку током 2А в течение 100 часов, или током 8А в течение 25 часов и т. д. При увеличении потребляемого тока будет происходить снижение емкости аккумуляторной батареи, именно по этой причине производители указывают емкость с дополнительным параметром – С.

Дополнительная, но очень важная характеристика маркируемая латинской буквой «C» с числовым параметром, как правило от 1 до до 48 часов и указывает на емкость аккумуляторной батареи при разряде в определенный промежуток времени (C1, C5, C10, C20 и т.д.). Значение C10 принято считать стандартным значением и подавляющее количество производителей указывает емкость при 10-ти часовом разряде. К примеру, емкость 100Ач при C10 означает, что батарея обеспечит данную емкость при 10-ти часовом разряде, эта же батарея при C5 будет иметь меньшую емкость – 80Ач при C5, а если разряд будет происходить с течение 20 часов, то емкость возрастет и составит около 115Ач при С20. Таким образом, при выборе емкости аккумуляторной батареи необходимо обязательно учитывать время в течение которого будет осуществляется разряд, это имеет большое значение.

Рисунок №1. Зависимость емкости аккумулятора AGM VRLA от времени разряда.

В процессе эксплуатации емкость будет постепенно снижаться, это естественный процесс «старения» батареи, который возникает из-за снижения плотности свинцовых пластин и частичной потери первичного свинца положительных и отрицательных пластин. Высокая интенсивность использования и глубокие разряда приведут к быстрому износу положительных и отрицательных платин аккумулятора и выходу его из строя. Чтобы этого не происходило, необходимо предусматривать резервный запас емкости. Для увеличения емкости батарейного кабинета применяются несколько аккумуляторов с параллельным соединением.

Напряжение батареи

Уровень напряжения – ключевая характеристика по которой происходит выбор аккумулятора. На сегодняшний день распространены элементы и аккумуляторы со следующими значениями напряжения: 1.2, 2.4, 6, 12В. Батарейной банк с более высоким напряжением (24, 48, 96В и т. д.) собирается при помощи нескольких 12В аккумуляторов с последовательным типом подключения.

При помощи измерения уровня напряжения можно оценить степень заряженности и степень износа необслуживаемых типов батарей (AGM и GEL VRLA) Измерение напряжения производится в течение нескольких часов, когда аккумулятор полностью бездействует и отключен от зарядного устройства. Нормальный уровень для AGM батарей считается от 13 до 13,2В.

Допустимая глубина разряда

Различные типы и подтипы аккумуляторов имеют рекомендованные параметры глубины разряда. Ниже приведена таблица №1 в которой указаны наиболее распространенные характеристики аккумуляторов допустимой и рекомендованной глубины разряда.

Таблица №1. Значения допустимых и рекомендованных значений  разряда аккумуляторов.

Тип батареи	Допустимый разряд, %	Рекомендованный разряд, %
VRLA	70	40
AGM VRLA	80	50
GEL VRLA	90	50
OPZV	90	60
OPZS	90	60
Li-ion	100	90
Ni-Cd	100	70

Уровень разряда является ключевым фактором в сроке службы аккумулятора на ряду с интенсивностью эксплуатации. Даже самую дорогую и качественную свинцово-кислотную батарею можно вывести из строя за 7-10 дней, если производить полный 100% разряд до напряжения 9В несколько раз подряд.

Наиболее стойким к глубоким разрядам являются литий-ионные и никель-кадмиевые, а также специализированные свинцово-кислотные батареи, которые были оптимизированы разработчиками для глубоких разрядов. Обычно такие серии содержат в названии слово «Deep», что в переводе означает «Глубоко».

Разряды в пределах рекомендованных значений обеспечат существенное увеличения срока службы.

Срок службы аккумулятора

Современные свинцово-кислотные батареи оптимизированы для разнообразных режимов работы. Одни имеют меньший срок службы, но обеспечивают более высокую разрядную характеристику, другие – больший, но подходят для редких разрядов и работы в буферном режиме и т. д. Поэтому если производителем указан срок службы 10 лет, это информация соответствует идеальному режиму эксплуатации, когда не превышается циклический ресурс и, что еще более важно, глубина разряда. Приведем пример: если производитель указал, что срок службы аккумулятора 10 лет и допускается число циклов заряд/разряд – 600 с глубиной 50%. Аккумулятор может отслужить указанный срок при идеальных условиях эксплуатации и не более чем пяти циклах в месяц. Этот режим полностью соответствует буферному типу.

Срок эксплуатации целиком зависит от количества совершенных циклов заряда и разряда, а также зависит от окружающей среды, где установлена батарея. Как уже отмечалось выше, чем сильнее разряжается аккумулятор и чем дольше он находятся разряженном состоянии, тем меньше он прослужит. Чем выше окружающая температура, тем активнее проходит химическая реакция и тем сильнее поддаются разрушению свинцовые пластины.

В таблице №2 приведены примерные значения срока службы и циклического ресурса аккумуляторов в зависимости от их типов. Данные соответствуют для оптимальной температуры эксплуатации 20 – 25°С.

Таблица №2. Ресурс в зависимости от типа аккумуляторов.

Тип аккумулятора

Срок службы, лет

25% 50% 75% 100% VRLA 700 – 1000 350 – 500 230 – 400 150 – 300 3 – 5 AGM VRLA 800 – 2100 500 – 1200 300 – 800 200 – 600 5 – 15 GEL VRLA 2500 – 3000 1200 – 1750 800 – 1000 600 – 800 10 – 15 OPzV 2500 – 3000 1200 – 1750 800 – 1000 600 – 800 10 – 15 OPzS 5000 – 6000 3000 – 3500 1500 – 1750 1000 – 1200 20 – 25 Ni-Cd <6000 <4000 <2000 <1500 20 – 25 Li-ion <7000 <5000 <2000 <1500 20 – 25

.

Рисунок №2. Зависимость циклического ресурса от глубины разряда.

Саморазряд аккумулятора

Саморазряд – характерное явления для аккумуляторов всех типов. Данный показатель отражает степень самопроизвольной потери емкости в процессе простоя после полного заряда. Характеристика саморазряда указывается в процентном соотношении за определенный промежуток времени, чаще всего в месяц.

В качестве примера можно рассмотреть 100Ач батарею AGM VRLA типа, которая была полностью заряжена и в течение месяца не использовалась. Среднее значение саморазряда для AGM VRLA типа составляет порядка 1,5%, соответственно через месяц емкость составит порядка 98,5Ач.

На показатели саморазряда оказывает влияние температура окружающей среды. При повышении температуры, показатель будет расти. Причиной возникновения саморазряда служит выделение молекул кислорода на электроде положительного заряда, а повышение температуры является катализатором данного процесса.

Рисунок №5. Саморазряд аккумуляторов AGM VRLA.

Ток заряда

Сила тока которым осуществляется заряд аккумуляторной батареи напрямую зависят от емкости заряжаемой батареи. Свинцово-кислотные АКБ заряжаются 10 – 30% током от номинальной емкости, в зависимости от системы, могут применяться и менее мощные зарядные устройства.

Рисунок №6. Зарядная характеристика AGM VRLA.

Габариты и вес батарей

В зависимости от емкости аккумуляторов размеры и вес изменяются, за редким исключением могут быть изменения размера при одинаковой емкости. Существуют общепризнанные размеры небольших аккумуляторов до 250Ач, которые применяются как встроенные источники питания для систем бесперебойного питания, детских игрушек, гольф-каров, поломоечных машин и т. д. В зависимости от производителя присоединительные размеры могут отличаться от десятых до нескольких миллиметров.

Вес аккумулятора является дополнительным показателем его качества. Если проводить сравнение между характеристиками аккумуляторов разных серий или производителей, обращайте внимание на показатели массы, чем батарея тяжелее, тем больше в ней свинца. Это говорит о том, что пластины взаимодействующие с кислотой толще и химический источник питания обеспечит больший циклический ресурс и срок службы.

Технические характеристики аккумуляторной батареи

Аккумуляторная батарея – важнейшая составляющая систем резервного и автономного электроснабжения отдельных электрических приборов или целых объектов промышленного и бытового назначения. На сегодняшний день широкое применение получили аккумуляторы свинцово-кислотного типа (AGM VRLA и GEL VRLA), OPZS, OPZV, а также никель-кадмиевые (Ni-Cd) и литий-ионный типы (Li-ion, LiFePO4, Li-pol).

Современные свинцово-кислотные аккумуляторы, как понятно из названия, состоят из свинца и кислоты, где положительно заряженным элементом является свинец, а отрицательно заряженным – оксид свинца. Самая распространенная аккумуляторная батарея состоит из шести банок по 2В и имеет общее напряжение 12В.

Качество аккумуляторов можно определить по нескольким важным свойствам:

· Емкость, Ампер/час;

· Напряжение, Вольт;

· Допустимая глубина разряда, %;

· Срок службы, лет;

· Диапазон рабочих температур, °С;

· Саморазряд, %;

· Габариты, мм;

· Вес, кг;

· Ток заряда, А;

Емкость аккумулятора

Данный параметр отражает количество энергии, которую может сохранить батарея, измерение производится в Ампер*часах. На текущий момент аккумуляторы выпускаются емкостью от 0,6 до 4000Ач. К примеру, батарея с емкостью 200Ач способна обеспечить электропитанием нагрузку током 2А в течение 100 часов, или током 8А в течение 25 часов и т. д. При увеличении потребляемого тока будет происходить снижение емкости аккумуляторной батареи, именно по этой причине производители указывают емкость с дополнительным параметром – С.

Дополнительная, но очень важная характеристика маркируемая латинской буквой «C» с числовым параметром, как правило от 1 до до 48 часов и указывает на емкость аккумуляторной батареи при разряде в определенный промежуток времени (C1, C5, C10, C20 и т.д.). Значение C10 принято считать стандартным значением и подавляющее количество производителей указывает емкость при 10-ти часовом разряде. К примеру, емкость 100Ач при C10 означает, что батарея обеспечит данную емкость при 10-ти часовом разряде, эта же батарея при C5 будет иметь меньшую емкость – 80Ач при C5, а если разряд будет происходить с течение 20 часов, то емкость возрастет и составит около 115Ач при С20. Таким образом, при выборе емкости аккумуляторной батареи необходимо обязательно учитывать время в течение которого будет осуществляется разряд, это имеет большое значение.

Рисунок №1. Зависимость емкости аккумулятора AGM VRLA от времени разряда.

В процессе эксплуатации емкость будет постепенно снижаться, это естественный процесс «старения» батареи, который возникает из-за снижения плотности свинцовых пластин и частичной потери первичного свинца положительных и отрицательных пластин. Высокая интенсивность использования и глубокие разряда приведут к быстрому износу положительных и отрицательных платин аккумулятора и выходу его из строя. Чтобы этого не происходило, необходимо предусматривать резервный запас емкости. Для увеличения емкости батарейного кабинета применяются несколько аккумуляторов с параллельным соединением.

Напряжение батареи

Уровень напряжения – ключевая характеристика по которой происходит выбор аккумулятора. На сегодняшний день распространены элементы и аккумуляторы со следующими значениями напряжения: 1.2, 2.4, 6, 12В. Батарейной банк с более высоким напряжением (24, 48, 96В и т. д.) собирается при помощи нескольких 12В аккумуляторов с последовательным типом подключения.

При помощи измерения уровня напряжения можно оценить степень заряженности и степень износа необслуживаемых типов батарей (AGM и GEL VRLA) Измерение напряжения производится в течение нескольких часов, когда аккумулятор полностью бездействует и отключен от зарядного устройства. Нормальный уровень для AGM батарей считается от 13 до 13,2В.

Допустимая глубина разряда

Различные типы и подтипы аккумуляторов имеют рекомендованные параметры глубины разряда. Ниже приведена таблица №1 в которой указаны наиболее распространенные характеристики аккумуляторов допустимой и рекомендованной глубины разряда.

Таблица №1. Значения допустимых и рекомендованных значений  разряда аккумуляторов.

Тип батареи	Допустимый разряд, %	Рекомендованный разряд, %
VRLA	70	40
AGM VRLA	80	50
GEL VRLA	90	50
OPZV	90	60
OPZS	90	60
Li-ion	100	90
Ni-Cd	100	70

Уровень разряда является ключевым фактором в сроке службы аккумулятора на ряду с интенсивностью эксплуатации. Даже самую дорогую и качественную свинцово-кислотную батарею можно вывести из строя за 7-10 дней, если производить полный 100% разряд до напряжения 9В несколько раз подряд.

Наиболее стойким к глубоким разрядам являются литий-ионные и никель-кадмиевые, а также специализированные свинцово-кислотные батареи, которые были оптимизированы разработчиками для глубоких разрядов. Обычно такие серии содержат в названии слово «Deep», что в переводе означает «Глубоко».

Разряды в пределах рекомендованных значений обеспечат существенное увеличения срока службы.

Срок службы аккумулятора

Современные свинцово-кислотные батареи оптимизированы для разнообразных режимов работы. Одни имеют меньший срок службы, но обеспечивают более высокую разрядную характеристику, другие – больший, но подходят для редких разрядов и работы в буферном режиме и т. д. Поэтому если производителем указан срок службы 10 лет, это информация соответствует идеальному режиму эксплуатации, когда не превышается циклический ресурс и, что еще более важно, глубина разряда. Приведем пример: если производитель указал, что срок службы аккумулятора 10 лет и допускается число циклов заряд/разряд – 600 с глубиной 50%. Аккумулятор может отслужить указанный срок при идеальных условиях эксплуатации и не более чем пяти циклах в месяц. Этот режим полностью соответствует буферному типу.

Срок эксплуатации целиком зависит от количества совершенных циклов заряда и разряда, а также зависит от окружающей среды, где установлена батарея. Как уже отмечалось выше, чем сильнее разряжается аккумулятор и чем дольше он находятся разряженном состоянии, тем меньше он прослужит. Чем выше окружающая температура, тем активнее проходит химическая реакция и тем сильнее поддаются разрушению свинцовые пластины.

В таблице №2 приведены примерные значения срока службы и циклического ресурса аккумуляторов в зависимости от их типов. Данные соответствуют для оптимальной температуры эксплуатации 20 – 25°С.

Таблица №2. Ресурс в зависимости от типа аккумуляторов.

Тип аккумулятора