Циклический и буферный режимы работы акб
Буферный режим
Буферный режим работы аккумуляторных батарей является самым «любимым» — батарея находится на постоянной подзарядке и очень редко получает глубокий разряд. В таком режиме аккумулятор прослужит вам максимально долго.
Примером использования аккумулятора в буферном режиме может быть источник бесперебойного питания: когда присутствует сеть, аккумулятор постоянно держит заряд, а в момент, когда сеть пропадает, аккумулятор начинает отдавать накопленную энергию. В компьютерных источниках бесперебойного питания обычно используют аккумуляторы 12 В ёмкостью от 7 до 26 А-ч, это даёт возможность компьютеру проработать от аккумулятора дополнительных 10-15 минут при отключении электричества.
Сфера применения при буферном режиме:
- накопители солнечной энергии
- источники бесперебойного питания (ИБП)
- системы аварийного освещения
- лифты
- пожарные и охранные системы
- контрольно-кассовые аппараты
- аварийные системы
Циклический режим
Циклический режим работы является самым «жёстким» для аккумуляторной батареи. В таком режиме её полностью разряжают, потом ставят на зарядку и снова полностью разряжают. Срок службы в таком случае будет зависеть от глубины разряда аккумулятора.
Большинство свинцово-кислотных аккумуляторов AGM-типа имеют циклический ресурс не более 300 циклов 100% разряда, но уже существуют аккумуляторы нового поколения, циклический ресурс которых составляет 600 циклов 100% разряда.
Сфера применения при циклическом режиме:
- поломоечные машины
- лодочные моторы
- электромобили
- погрузочная техника и т.д.
Источник
Что такое буферный заряд аккумулятора
Буферный режим заряда аккумуляторов, является основным в системах альтернативной энергетики. От правильной настройки и режима использования оборудования зарядной системы зависит производительность всей системы, надёжность и срок службы оборудования.
При использовании в системах альтернативного энергоснабжения в качестве накопителей электрической энергии аккумуляторов, имеются определённые сложности. Это связано с тем, что поступление электрической энергии от ветряков солнечных батарей неравномерно. Поэтому не всегда удаётся обеспечить необходимый ток заряда для аккумуляторов, чтобы через определённое заданное время отключить зарядку. Для таких систем используют буферный режим заряда аккумуляторов, когда к аккумуляторам постоянно подключено зарядное устройство, а также в любое время могут быть подключены один или несколько потребителей электрической энергии. Буферный режим заряда обычно применяют для аварийного включения резервного питания и для сглаживания пиковых нагрузок при маломощном источнике питания. В альтернативной энергетике буферный режим заряда аккумуляторов выполняет несколько иные функции, обеспечение энергоснабжения системы при прерывистом поступлении энергии для заряда аккумуляторов и обеспечение необходимого количества энергии при неравномерном потреблении энергии потребителями.
Разберём подробнее приведённую схему и работу буферного режима зарядки, его достоинства и недостатки. Важной особенностью этого режима является то, что выходное напряжение зарядного устройства задаётся примерно на 0,05В – 0,1В больше максимального напряжения для заряженного аккумулятора, а значение этого напряжения будет зависеть от конкретного типа аккумулятора. Даже кислотные аккумуляторы разных типов могут иметь различное конечное напряжение заряда, причём оптимальное напряжение несколько меняется при изменении температуры аккумулятора. При отключенной нагрузке Rн, зарядка будет происходить следующим образом: ЭДС зарядного устройства Ез превышает ЭДС аккумулятора Еа и направлена встречно напряжению аккумулятора. Сумма падений напряжения в контуре заряда, равна алгебраической сумме ЭДС этого контура. Следовательно, ток заряда будет зависеть от разности ЭДС зарядного устройства и от общего сопротивления цепи, состоящей из внутреннего сопротивления зарядного устройства и аккумулятора.
Внутреннее сопротивление зарядного устройства Rз и аккумулятора Rа будем считать практически постоянным. Следовательно, величина тока зарядки будет зависеть от разности ЭДС. Внутренние сопротивления небольшие по величине, поэтому если аккумулятор разряжен, ток заряда может стать больше допустимого, для конкретного аккумулятора или зарядного устройства. Поэтому зарядные устройства выполняют по схеме с ограничением максимального тока и применяют для аккумуляторов определённого типа и ёмкости. По мере заряда аккумулятора разница ЭДС, а значит, и ток заряда будут уменьшаться. Поэтому процесс заряда аккумулятора будет замедляться независимо от того, какую мощность в это время способен выдавать источник альтернативной энергии и может продолжаться до нескольких суток.
Если установленное напряжение на зарядном устройстве завышено, то после окончания химического процесса заряда, электрическая энергия будет идти на нагрев аккумулятора и на разложение воды на водород и кислород. У обслуживаемых аккумуляторов это приведёт к быстрому уменьшению уровня электролита. Большинство необслуживаемых аккумуляторов изготавливаются с возможностью рекуперации водорода и кислорода в воду, но возможности этой системы ограничены. Если необслуживаемый аккумулятор периодически сбрасывает через клапан повышенное давление газа, то это приводит к высыханию электролита, быстрому старению и выходу аккумуляторов из строя.
Альтернативные источники энергии не всегда могут вырабатывать энергию достаточную для заряда аккумулятора. Если генератор ветряка выдаёт напряжение меньше, чем напряжение аккумуляторов, то заряд не происходит. Схема зарядного устройства должна защищать аккумулятор от разряда через зарядное устройство и генератор.
Рассмотрим режим разряда аккумулятора при отсутствии зарядного тока:
В этом режиме, согласно рисунку, выключатель SA1разомкнут, а выключатель SA2 замкнут. Ток разряда будет зависеть от ЭДС аккумулятора и суммы внутреннего и внешнего сопротивления и определяется по формуле:
Напряжение на выводах аккумулятора 1 и 2 будет равно ЭДС аккумулятора минус падение напряжения на внутреннем сопротивлении:
Ток через нагрузку и внутреннее сопротивление одинаковый. Внутреннее сопротивление аккумулятора небольшое и ток в основном зависит от величины сопротивления нагрузки. Чем меньше сопротивление нагрузки, тем больше потребляемый ток и больше величина падения на внутреннем сопротивлении и меньше напряжение на выводах аккумулятора 1 и 2.
Теперь рассмотрим режим одновременной работы зарядного устройства и нагрузки аккумулятора, когда замкнуты контакты SA1и SA2.
Если во время заряда аккумулятора, подключили нагрузку, которая потребляет небольшой по сравнению с зарядным ток, то на зарядку аккумулятора будет идти уже меньшая часть тока. При постепенном уменьшении сопротивления нагрузки и увеличении потребляемого тока, зарядный ток аккумулятора будет уменьшаться и при некотором значении прекратится. Потребляемый от зарядного устройства ток увеличится, что приведёт к некоторому падению напряжения до величины ЭДС аккумулятора. Если поступающий от зарядного устройства ток меньше или равен току, потребляемому нагрузкой, то в таком режиме потреблять энергию можно очень долго. Дальнейшее увеличение потребляемого тока приведёт к тому, что падение напряжения ещё больше увеличится и аккумулятор начнёт отдавать запасённую ранее энергию. Аккумулятор берёт на себя пиковую повышенную нагрузку. Длительная работа в таком режиме может привести к глубокому разряду аккумулятора, в результате снижается ЭДС аккумулятора. Слишком глубокий разряд аккумулятора значительно сокращает срок его службы, поэтому нагрузку лучше подключать через преобразователь или иное устройство, способное автоматически отключать нагрузку при снижении напряжения ниже допустимого уровня. Для кислотных аккумуляторов нежелательно, чтобы они долго находились в разряженном состоянии.
При использовании буферного режима заряда, необходимо следить за поступлением энергии от источника и желательно учитывать, что в то время, когда источник энергии способен выдавать большое количество энергии, но эта энергия не потребляется, то при заряженных аккумуляторах энергия не накапливается, а значит, безвозвратно теряется. При отсутствии поступления энергии от источника, например, ветряка, потребление энергии необходимо сократить или прекратить, чтобы не разрядить аккумуляторы больше допустимой нормы, а также иметь некоторый запас на случай длительных перерывов в поступлении энергии.
1″ :pagination=»pagination» :callback=»loadData» :options=»paginationOptions»>
Источник
Что такое буферный заряд аккумулятора
Режимы работы аккумуляторных батарей: буферный и циклический
Качественная и долговечная работа аккумуляторной батареи это не только положительный экономический эффект для владельца, но и приятная составляющая эксплуатации. Согласитесь, отказ в работе аккумуляторной батареи в первые 2-3 года эксплуатации и отказ работы батареи на 7-10 году эксплуатации вызывают противоположные эмоции.
Важными эксплуатационными характеристиками являются: температурный режим работы (+10..+25 град.Цельсия) и правильно выбранный режим эксплуатации и подобранный под этот режим работы метод заряда. Стоит отметить, что мы разберем варианты и режимы работы аккумуляторных батарей, которые применяются в ИБП, а в следующей статье разберем как правильно зарядить аккумуляторы в ИБП. Аккумуляторы для ИБП это, как правило, свинцово- кислотные необслуживаемые и герметичные, производятся по основным двум технологиям: AGM и GEL (гелевый аккумулятор для ИБП).
Чем определяется долговечность работы аккумуляторной батареи?
Общеизвестным фактом и логичным подтверждением является следующее: срок службы аккумулятора в основном определяется количеством процедур заряд-разряд и его глубина разряда. Другими словами: чем реже мы проводим процедуру разряда аккумулятора и чем менее глубоким этот разряд является – тем дольше прослужит аккумулятор.
Среди утвердившихся у пользователей мифов встречается такой: необходимо периодически разряжать аккумулятор «до нуля» и зарядить его до 100%, в противном случае он испортится. Для аккумуляторных батарей среднего и высшего класса – это останется мифом, а для аккумуляторов низкого качества – этот миф станет инструкцией по эксплуатации. В низкокачественных аккумуляторах отсутствие встряски в виде глубокого разряда и полной зарядки – действительно может повлиять на ресурс его работы. В дешевых аккумуляторах применяются материалы низкого качества (например, свинец-вторсырье) и возникающие в аккумуляторе, из-за этого, внутренние окисления (налет) необходимо каким-то образом убирать. В противовес дешевым, — качественные аккумуляторы нуждаются в постоянном подзаряде (буферный заряд) при котором почти отсутствуют глубокие разряды.
Мы не можем обойти тему «эффекта памяти» в аккумуляторных батареях. Суть эффекта памяти состоит в уменьшении емкости аккумулятора. Потеря емкости в таких аккумуляторах происходит вследствие неполного разряда и последующей зарядки до 100% — аккумулятор «запоминает» уровень неполного разряда и ниже этого «не хочет» разряжаться . Считается, что если «потренировать» аккумулятор методом глубокой разрядки и полной зарядки – емкость частично можно восстановить. Этот эффект может возникать в аккумуляторах изготовленных по нескольким технологиям и полностью отсутствует в аккумуляторных батареях, которые применяются в ИБП. Эффект памяти свойственен аккумуляторам производимым по технологии Никель-металл-гидридный (Ni-MH), Никель-кадмиевый (NiCd), Серебряно-цинковый аккумулятор.
Теперь рассмотрим два режима работы аккумуляторов – буферный и циклический, а также как правильно осуществлять зарядку аккумуляторов в этих режимах.
Работа аккумуляторных батарей в буферном режиме
Буферный режим работы аккумуляторной батареи подразумевает периодический несистемный характер использования. Другими словами – в этом режиме аккумуляторы применяются в аварийных случаях, например в ИБП. В буферном режиме аккумуляторная батарея постоянно подзаряжается специально установленным зарядным напряжением и током и в таком режиме эксплуатации может проработать весь заявленный производителем срок, а иногда и больше. Для буферного режима работы подходят аккумуляторы с небольшим параметром цикличности заряд-разряд, и эти аккумуляторы немного дешевле чем высокоцикличные .
Циклический режим работы аккумуляторной батареи
Циклический режим работы – режим, когда с четкой периодичностью аккумулятор подвергается полному заряду и полному разряду. Примерами такого режима работы являются: электротранспорт, поломоечные машины, электропогрузчики, альтернативная энергетика – все те отрасли, где аккумуляторные батареи имеют постоянную периодичность использования. Циклический режим использования аккумуляторных батарей является для них самым жестким испытанием на прочность. Поэтому перед тем как купить аккумуляторную батарею желательно узнать режим ее работы.
© Материал подготовлен специалистами компании НТС-групп (ТМ Электрокапризам-НЕТ!), 2019год
Источник
Буферное зарядное устройство для автомобильного аккумулятора
Буферное зарядное устройства (БЗУ) представляет собой стабилизированный источник напряжения, имеющий ограничитель выходного тока. Напряжение на выходе БЗУ соответствует напряжению на заряженном аккумуляторе. Если к такому устройству подключить требующую подзарядки аккумуляторную батарею, то зарядный ток будет определяться разностью напряжений на батарее и на выходе БЗУ, а также внутренним сопротивлением аккумулятора. В процессе зарядки зарядный ток уменьшается, пока не станет равным току саморазряда аккумулятора. В таком состоянии аккумулятор может находиться неограниченно долго — в течении всего срока эксплуатации. Если к БЗУ будет подключен сильно разряженный или неисправный (содержащий короткозамкнутые пластины) аккумулятор, то зарядный ток может существенно возрасти. Чтобы он не мог превысить безопасные значения в БЗУ имеется ограничитель выходного тока.
Буферный режим зарядки свинцовых аккумуляторных батарей широко используется в источниках бесперебойного питания. Опыт эксплуатации таких источников, а также рекомендации изготовителей аккумуляторов для них, говорят о том, что буферная зарядка весьма благотворно сказывается на сроке службы свинцовых аккумуляторов.
Буферная зарядка автомобильных аккумуляторов не получила широкого распространения по нескольким причинам. Полная зарядка от БЗУ сильно разряженного аккумулятора занимает больше времени, чем обычная зарядка. Существенные изменения зарядного тока, характерные для буферной зарядки, не соответствуют рекомендациям изготовителей аккумуляторов, которые обычно предлагают заряжать аккумулятор стабильным током, численно равным одной десятой ёмкости батареи. Главным препятствием на пути изготовления и использования БЗУ является то, что данное устройство должно работать постоянно, если автомобиль, на котором установлен заряжаемый аккумулятор, находится в гараже. Это требование накладывает на схемотехнику и конструкцию БЗУ повышенные требования по надёжности, а также электро и пожаробезопасности.
Вопросы, связанные с целесообразностью использования БЗУ с автомобильными аккумуляторами и зависимостью их срока службы от режима зарядки, выходят за рамки данной статьи. Отметим только, что режим БЗУ используется во многих фирменных зарядных устройствах для автомобильных аккумуляторов. Они автоматически переходят в режим БЗУ по окончании зарядки аккумулятора стабильным током и находятся в этом режиме пока аккумулятор не будет отключен. Также, по мнению автора, производители аккумуляторов не слишком заинтересованы в продлении сроков эксплуатации их продукции. В связи с этим рекомендуемый ими режим зарядки не следует воспринимать как единственно возможный.
У автора аккумуляторная батарея 6СТ-55 Подольского аккумуляторного завода прослужила 13 лет. Автомобиль, на котором она была установлена, эксплуатировался круглый год и хранился в неотапливаемом гараже. В течении всего срока эксплуатации батарея была подключена к БЗУ, которое отключалось только на время поездок.
Внешний вид БЗУ представлен на фотографии.
На верхней панели устройства имеется кнопка выключателя сетевого питания. Справа от кнопки под завинчивающейся крышкой находится ось переменного резистора, позволяющего регулировать выходное напряжение БЗУ. Далее, справа от переменного резистора, расположен выходной разъём. На передней панели имеется закрытое оргстеклом окно, за которым находится табло измерителя выходного тока и напряжения, а также два зелёных светодиода, сигнализирующих об исправности БЗУ. Справа от окна имеется таблица, содержащая ряд значений выходного напряжения БЗУ, которые следует устанавливать в зависимости от температуры в гараже. Свойства свинцовых аккумуляторов таковы, что при повышенных температурах напряжение на выходе БЗУ следует уменьшать, а при пониженных — увеличивать. Температурный коэффициент для свинцового аккумулятора с номинальным напряжением 12 Вольт по разным источникам составляет от — 30 до -15 мВ/°С. Таблица составлена исходя из значения -20 мВ/°С.
На следующем рисунке представлена схема электрическая принципиальная БЗУ.
Автор неоднократно убеждался в том, что надёжность работы моточных изделий — электромоторов, трансформаторов, реле и т.п., эксплуатируемых в неотапливаемых помещениях, существенно снижается. Как правило причиной отказов является образование короткозамкнутых витков. Видимо это связано с повышенной влажностью и большими перепадами температуры, способствующими разрушению лаковой изоляции обмоточного провода. В данном устройстве для повышения надёжности используются два силовых трансформатора, обмотки которых включены последовательно. При таком соединении межвитковое замыкание в любом из трансформаторов не вызывает аварийной ситуации — существенного повышения токов в обмотках, перегрева и т.п. Более того — БЗУ в этом случае не теряет работоспособность — продолжает поддерживать аккумулятор в заряженном состоянии. Светодиоды HL1 и HL2 сигнализируют об исправности трансформаторов. Если один из них перестаёт светиться, то соответствующий трансформатор нуждается в ремонте или замене. Если неисправность произойдёт в обеих трансформаторах, то может увеличиться потребляемый ток. Также может произойти перегрев обмоток трансформаторов. В этом случае сработают плавкие предохранители FU2,3 или тепловые предохранители FU1, FU4.
Стабилизацию напряжения и ограничение зарядного тока обеспечивает микросхема DA1 — LM317. Микросхемы данного типа имеют встроенную защиту от повышения выходного тока до значений свыше 2.5 А , защиту от короткого замыкания выхода, а также защиту от перегрева. Схема включения DA1 отличается от типовой только способом регулирования выходного напряжения. В данном случае выходное напряжение регулируется в диапазоне 11. 17 Вольт с помощью резистора R7. В случае потери контакта в этом резисторе ток на выходе БЗУ уменьшится до нуля, а не возрастёт до уровня срабатывания токовой защиты, как это случилось бы при обычном способе регулирования выходного напряжения (переменный резистор между 1-м выводом микросхемы и общим проводом).
При эксплуатации БЗУ может произойти отключение питающей сети. В этом случае ток разряда аккумулятора через БЗУ должен быть минимальным — существенно ниже тока саморазряда. Это обеспечивается с помощью ключа VT1 и диода VD5. При отключении сетевого питания как транзистор VT1, так и диод VD5 запираются. Ключ VT1 разрывает цепь для тока разряда через делитель R5 — R8, а диод VD5 отключает от аккумулятора электролитический конденсатор C2, имеющий значительную ёмкость и, возможно, заметный ток утечки. В результате ток разряда аккумулятора на отключенное от сети БЗУ составляет около 20 мкА. Этот ток определяется главным образом входным сопротивлением вольтметра, подключенного к выходу БЗУ.
Диод VD8 защищает БЗУ в случае ошибки с полярностью подключенного аккумулятора. В этом случае сгорит предохранитель FU5, после замены которого работоспособность устройства восстановится. Если такая ошибка исключена, то данный диод можно не устанавливать.
Вспомогательный источник питания с выходным напряжением около 8 В, собранный на элементах VD3 и С3, служит для питания цифрового измерителя тока и напряжения, подключенного к выходу ЗУ. Также он формирует сигнал, открывающий ключ VT1 при наличии напряжения в питающей сети. Если сетевое напряжение отключается, то конденсатор C3 быстро разряжается до нуля благодаря резистору R4.
В качестве цифрового измерителя тока и напряжения автор использовал широко распространённое устройство, продающееся в интернет-магазинах под названием «100V 10A Voltmeter Amperemeter LED Dual Digital Volt Amp Meter». Поскольку изготовители не всегда приводят схему подключения и цветовая маркировка выводов может отличается от той, которая приводится в описании, предлагается подключить измеритель к БЗУ в соответствии с нумерацией выводов, приведенной на следующей фотографии.
При пользовании измерителем следует учитывать его особенность. Если измеряемый ток менее 50 мА, то на цифровом табло будет нулевой отсчёт «0.00 А». По мнению автора этот недостаток в значительной мере компенсируется доступностью устройства и его невысокой ценой — около 3-х USD. В продаже имеются также более точные измерители не имеющие указанного недостатка, но их стоимость заметно выше.
Внешний вид устройства со снятой крышкой приведен на следующей фотографии.
Все элементы находятся внутри металлического корпуса . Тепловые предохранители FU1 и FU4 приклеены термостойким клеем к трансформаторам Т1 и Т2 соответственно. Плавкие предохранители FU2 и FU3 размещены в сетевой вилке. Для повышения надёжности все плавкие предохранители установлены без арматуры — впаяны в разрывы соответствующих проводов с последующей изоляцией термоусадочной трубкой. Радиатором для микросхемы DA1 и диодного моста VD4 является алюминиевая пластина. Между микросхемой и пластинной следует проложить слюду или иной изолятор, обладающий низким тепловым сопротивлением. Алюминиевая пластина в свою очередь прикручена винтами к металлическому корпусу. Для дополнительного снижения теплового сопротивления использована паста КПТ-8. Резистор R7, с помощью которого регулируется выходное напряжение, должен быть защищён от случайных воздействий. Автор использовал в качестве R7 проволочный резистор типа ПП3-40.
Отладка устройства заключается в подборе резисторов R1 и R2, чтобы обеспечить одинаковую яркость светодиодов HL1 и HL2. Подбор этих резисторов может потребоваться если параметры трансформаторов Т1 и Т2 существенно отличаются. В этом случае напряжения между ними в режиме холостого хода могут распределяться неравномерно. С ростом нагрузки напряжения на трансформаторах выравниваются.
Обязательным условием безопасной эксплуатации БЗУ является надёжное заземление его корпуса.
Для подключения БЗУ к автомобильному аккумулятору удобно использовать разъём прикуривателя, если он не отключается при извлечении ключа зажигания. В противном случае потребуется установить специальный разъём для БЗУ. Конструкция разъёма должна исключать подключение с неправильной полярностью. В провод, соединяющий плюсовую клемму аккумулятора с разъёмом, следует установить плавкий предохранитель на ток 5 А.
Правильный выбор выходного напряжения, на которое настроено БЗУ, очень важен для успешной эксплуатации аккумулятора и зарядного устройства. Если напряжение ниже оптимального значения, то аккумулятор будет заряжен не полностью. Повышенное напряжение может вызвать постепенное выкипание электролита и привести к сокращению срока службы аккумулятора. Изготовители обычно не указывают оптимальное напряжение для буферного режима зарядки автомобильных аккумуляторных батарей. Можно сделать выбор на основе напряжения в автомобильной бортсети — от 13.8 В до 14.5 В. Для буферной зарядки лучше выбрать значение вблизи нижней границы этого диапазона. Также можно взять за основу параметры режима хранения (буферного режима) одного из автоматических зарядных устройств, выпускаемых промышленностью. Например в описании зарядных устройств семейства «Вымпел», фрагмент таблицы из которого приведен в приложении к данной статье, указано напряжение 13.4 — 13.8 В. В настоящее время автор использует БЗУ с необслуживаемой аккумуляторной батареей обычного типа (не AGM). При температуре 20°C напряжение выставлено на 13.7 В. Значения напряжений для других температур можно взять из таблицы, находящейся на передней панели устройства (см. 1-ю фотографию).
Источник