Rad gel baterija. Jednostavno neprekidno napajanje s bafer načinom punjenja baterije

Puferski način rada punjivih baterija je najomiljeniji - baterija se stalno puni i vrlo rijetko se duboko prazni. U ovom načinu rada baterija će vam trajati što je duže moguće.

Primjer korištenja baterije u bafer modu može biti neprekidno napajanje: kada je mreža prisutna, baterija se stalno puni, a u trenutku kada se mreža izgubi, baterija počinje odustajati od akumulirane energije. U računarskim izvorima neprekidnog napajanja obično se koriste baterije od 12 V kapaciteta 7 do 26 Ah, što omogućava da računar radi na bateriji dodatnih 10-15 minuta u slučaju nestanka struje.

Opseg primjene u bafer modu:

• skladište solarne energije
• neprekidna napajanja (UPS)
• sistemi rasvjete u slučaju nužde
• liftovi
• protivpožarni i sigurnosni sistemi
• kase
• sistemi za hitne slučajeve

Ciklični način rada

Ciklični rad je najoštriji za bateriju. U ovom načinu rada se potpuno isprazni, zatim se napuni i ponovo potpuno isprazni. Vijek trajanja u ovom slučaju ovisit će o dubini pražnjenja baterije.

Većina olovnih baterija tipa AGM ima životni vijek od najviše 300 100% ciklusa pražnjenja, ali već postoje baterije nove generacije sa vijekom trajanja od 600 100% ciklusa pražnjenja.

Opseg primjene u cikličkom načinu rada:

• mašine za sušenje veša
• motori za čamce
• električni automobili
• oprema za utovar itd.

Svi smo navikli na blagodeti civilizacije, a kada jedna od pogodnosti nestane, čovjek osjeća jaku nelagodu. Većina njih ponekad izgubi struju, budući da je stanje električne mreže u većini gradova veoma staro i nesreće se dešavaju prilično često. Nakon što sam još jednom sjedio u mraku 4 sata, odlučio sam da moram nešto učiniti... I odluka je došla prilično brzo. Baterija 12V 7Ah, koriste se u kompjuterskim napajanjima neprekidnog napajanja, malo kolo koje ce podržati ovu bateriju, uvek u napunjenom stanju, komad led trake, i konektor za ruter (dosadno bez interneta), laptop i tablet, hvala Bogu, ima svoju bateriju... I to je to, sad imamo šta da radimo bez centralnog napajanja...
Krug za punjenje održava bateriju u pufer modu, odnosno napon određenog nivoa se uvijek dovodi do baterije, što je održava u napunjenom stanju. Proizvođači pišu na kućištu tačno koji napon je potreban za vašu bateriju. Obično leži u rasponu od 13,5 - 13,8 volti. Pod ovim naponom, baterija se može trajno priključiti na mrežu.

Krug punjača sastoji se od mrežnog transformatora, regulatora napona na mikrokolu LM317 i baterije. Sve je montirano na maloj štampanoj ploči, mikrokolo lm317 mora biti ugrađeno na radijator.

Podešavanje se sastoji u postavljanju napona na izlazu punjača na 13,5 - 13,8 volti. Za napajanje rutera dodatno sam podesio rolu na 9 volti. Sa kapacitetom baterije od 7 Ah. metar LED bijele trake i ruter je radio više od 4 sata, nije više testiran, svjetla se obično pale...
Preuzmite dijagram, PCB datoteku, hitno neprekidno napajanje

U cikličnom radu, baterija se puni, a zatim odvaja od punjača. Baterija se prazni po potrebi.

U većini UPS-ova (ne samo on-line UPS-a), baterija radi u bafer modu. Međutim, u nekim UPS-ovima punjač se isključuje nakon što se napuni - UPS baterija je u ovom slučaju bliža cikličkom radu. Proizvođači deklariraju povećanje vijeka trajanja baterije u takvim UPS-ovima. Baferski način rada tipičan je i za sisteme neprekidnog napajanja jednosmernom strujom, koji se široko koriste za komunikacije (komunikacije), sisteme signalizacije, elektrane i drugu kontinuiranu proizvodnju.

Ciklični način rada punjivih baterija koristi se pri radu različitih prijenosnih ili prenosivih uređaja: električnih svjetiljki, komunikacija, mjernih instrumenata.

Proizvođači baterija ponekad navode u popisu tehničkih specifikacija za koji način rada je određena baterija namijenjena. Ali u posljednje vrijeme većina se može koristiti i u baferskom i u cikličkom načinu rada.

Baterije za sve

Najčešći su 5-godišnji akumulatori opšte namene. Mogu se koristiti za tampon i ciklički rad, a imaju projektni vijek od 5 godina. Mogu se koristiti kao baterije za UPS ili druge rezervne sisteme napajanja. Njihova druga upotreba je za modele, prijenosne uređaje, igračke, poput dječjeg skutera. CSB ih ima pod brendom GP (opće namjene). GP akumulatori su nepretenciozni, praktički zapečaćeni (dozvoljena je upotreba u bilo kojem položaju, osim terminala prema dolje). Kao baterije za UPS, mogu trajati od 2 do 7 godina, u zavisnosti od uslova rada (prvenstveno temperature).

HR baterije za UPS

Neke baterije proizvođač je posebno pozicionirao kao baterije za UPS. Sa istom masom (a ponekad i istim dimenzijama), ove baterije daju više tokom kratkih (10-30 minuta) pražnjenja od konvencionalnih baterija. Povećanje radnog vremena UPS-a može biti više od 50% (sa vremenom pražnjenja od oko 10 minuta). Kod dugotrajnog pražnjenja, ove "UPS baterije" nemaju prednost u odnosu na konvencionalne baterije.

Za CSB i neke druge proizvođače takve baterije imaju oznaku HR (od engleskog high rate - visoka brzina, velika snaga). Ove baterije se, naravno, mogu koristiti ne samo kao baterije za UPS. Oni su korisni za sve aplikacije gdje je potreban kompaktan sistem napajanja sa kratkim vijekom trajanja baterije.

L punjive baterije. Za UPS i šire.

Najuobičajenije baterije su one sa vijekom trajanja pufera od 5 godina. Ali se proizvode i baterije sa vijekom trajanja produženim na 10 godina. Često su iste dimenzije i težine kao 5-godišnje baterije, ali su znatno skuplje. Njihovo ime često sadrži slovo L (od engleskog. Long - dugo). Konkretno, CSB ima seriju 10-godišnjih GPL baterija. UPS baterije sastavljene od takvih baterija zapravo rade mnogo duže - sporije su. Ali, kao i sve baterije za UPS (ili druge sisteme napajanja), GPL voli onu pravu, ne vole visoke temperature i česta pražnjenja.

Prije ugradnje baterije u UPS.

Kada kupujete bateriju, vodite računa da je na gornjoj površini. postoji takva naljepnica. To je dokaz testiranja baterije prije isporuke. Naljepnica je garancija da je baterija potpuno funkcionalna u trenutku prodaje i da će, ako se pravilno koristi, trajati dugi niz godina.

Olovne baterije proizvedene su tehnologijom interne rekombinacije vode, stoga ne zahtijevaju održavanje tokom cijelog vijeka trajanja. Kao elektrolit koristi se zgusnuta sumporna kiselina u obliku gela, koja osigurava otpornost baterija na duboka pražnjenja i visoku temperaturnu stabilnost.

Projektni vijek trajanja je 12 godina.

Gel baterije su dizajnirane da rade u puferskom i cikličkom režimu rada.

Dizajn:

• Potpuno zatvoren dizajn, nije moguće curenje elektrolita.
• Unutrašnji sistem rekombinacije gasa, nema potrebe za dopunom vode.
• Monoblokovi su opremljeni kontrolnim ventilima kako bi se osiguralo oslobađanje plina, kada unutarnji tlak pređe dozvoljeni nivo.
• Nema ograničenja u transportu avionom, željeznicom ili cestom.

Dizajn gel baterije

Hemijska reakcija i mehanizam rekombinacije:

Hemijska reakcija koja se odvija u bateriji tokom punjenja/pražnjenja opisana je formulom:

PbO 2 + 2H 2 SO 4 + Pb Pražnjenje / punjenje PbSO 4 + 2H 2 O

Kada se napuni, kisik, prolazeći kroz separator iz pozitivne ploče, reagira s aktivnom tvari negativne ploče i formira olovni oksid:

2Pb + O 2 -> 2PbO

Olovni oksid, zauzvrat, reagira sa sumpornom kiselinom:

2Pb + 2H 2 SO 4 -> 2PbSO 4 + 2H 2 O

Olovni sulfat koji nastaje na negativnoj ploči se reducira kisikom u olovo sa stvaranjem sumporne kiseline:

2PbSO 4 + 2H 2 -> 2Pb + 2H 2 SO 4

Ako pojednostavimo gore opisane jednadžbe, onda ćemo dobiti sljedeće:

2H 2 + O 2 -> 2H 2 O

Karakteristike bitova

Na slici ispod prikazane su krive za pražnjenje gel baterija sa konstantnom strujom do određenog konačnog napona. Pražnjenje na napon ispod navedenog napona će smanjiti kapacitet i vijek trajanja olovnih baterija.

DC krivulje pražnjenja na 25 ° C

Napunite

Pravilno punjenje je jedan od najvažnijih uslova za uspešan rad olovnih akumulatora sa automatskom unutrašnjom regulacijom pritiska. Odabir pravog punjača direktno će utjecati na performanse i vijek trajanja vaših baterija.

Konstantno punjenje napona

Punjenje konstantnim naponom je najčešće korištena metoda. Slika ispod prikazuje karakteristike punjenja gel baterije kada se puni konstantnim naponom od 2,40 V / ćeliji pri početnoj struji od 0,3 CA.

Punjenje konstantnim naponom na 25°C

• Za gel baterije, raspon napona punjenja u puferskom režimu je postavljen u rasponu od 2,23–2,28 V / ćeliji (na 25 ° C).
• Za ciklički način rada, raspon napona punjenja je postavljen u rasponu od 2,38-2,42 V / ćeliji (na 25 ° C).
• Gel baterije ne zahtijevaju izjednačujuće punjenje. Napon bafera je dovoljan da monoblokove održi u potpuno napunjenom stanju.

Gel baterije se mogu kupiti u Realsolar online prodavnici:

Dvostepeno punjenje konstantnog napona

Ova metoda je jedna od najefikasnijih i preporučuje se za brzo punjenje olovnih baterija sa automatskom unutrašnjom regulacijom pritiska i njihovo održavanje potpuno napunjene (buffer mod). Karakteristike punjača za dvostepeno punjenje konstantnim naponom prikazane su na donjoj slici:

Karakteristike punjenja dvostepenog punjača

U fazi "A", struja je ograničena na 0,3 CA, a napon na terminalima baterije raste. U fazi "B", struja punjenja počinje da opada, a napon se stabilizuje na 2,40 V / ćeliji. U ovoj fazi, baterija je dostigla 80% napunjenosti. Kada struja punjenja dostigne nivo "preklopne tačke Y", krug punjenja se prebacuje na stupanj "C", gdje napon punjenja pada sa 2,40 na 2,25 V / ćeliji, a struja se postepeno smanjuje na gotovo nulu. Punjač prelazi u bafer mod.

Napon punjenja ovisi o temperaturi okoline i mora se regulirati prema grafikonu prikazanom na donjoj slici:

Napon punjenja u odnosu na temperaturu okoline

Napon punjenja (po ćeliji) u pufer modu izračunava se po formuli:
U punjenje = 2,25 + (25 - (t + grad t +1)) 0,0033
Napon punjenja (po ćeliji) u cikličkom načinu rada izračunava se po formuli:
U punjenje = 2,40 + (25 - (t + grad t +1)) 0,005

gdje je t temperatura okoline, °C
grad t - temperaturni gradijent baterijskog ormarića, °C. Kada se postavlja na otvorene police grad t = 0.

Skladištenje i vijek trajanja

Gel baterije se mogu čuvati bez punjenja 1 godinu na suvom mestu na temperaturi okoline od –35° do +60°C.

Gel baterije su dizajnirane da rade u puferskom režimu rada pet godina (na 25°C). Slika ispod prikazuje raspoloživi kapacitet gel baterije u odnosu na vrijeme. Plinovi koji nastaju unutar baterije se kontinuirano rekombinuju i vraćaju u vodeni elektrolit. Gubitak kapaciteta i kraj vijeka trajanja baterije su posljedica postepene korozije elektroda.

Radni vijek u bafer modu

Trajanje baterije biciklom ovisi o brojnim faktorima.

Najvažniji od njih su radna temperatura okoline, brzina pražnjenja, dubina pražnjenja i način punjenja. Na slici ispod prikazan je uticaj dubine pražnjenja na broj ciklusa rada gel baterija u cikličnom režimu.

Ciklični vijek trajanja

Kako temperatura raste, elektrohemijska aktivnost baterije raste, a kako se temperatura smanjuje, ona se smanjuje. Stoga, kako temperatura okoline raste, kapacitet baterije se povećava, a kako se temperatura smanjuje, smanjuje se. Slika ispod prikazuje uticaj temperature na raspoloživi kapacitet gel baterije.

Kapacitet u odnosu na temperaturu okoline pri različitim strujama pražnjenja

Temperatura okoline je važan faktor u vijeku trajanja baterije. Kako temperatura raste, stopa korozije ploča se povećava, što rezultira smanjenim vijekom trajanja. Slika ispod prikazuje odnos između vijeka trajanja gel baterije i temperature okoline.

Ovisnost vijeka trajanja u puferskom načinu rada o temperaturi okoline

Olovne baterije se samoprazne i, kao rezultat, njihov raspoloživi kapacitet opada tokom vremena tokom skladištenja.

Ovaj proces je opisan grafikonom na slici:

Kapacitet u odnosu na vrijeme skladištenja

Ako su baterije pohranjene duže vrijeme, moraju se napuniti prije puštanja u rad.
Uz period skladištenja do 6 mjeseci, punjenje treba izvršiti u roku od 4-6 sati uz konstantnu struju od 0,1 CA, odnosno 15-20 sati uz konstantan napon od 2,40 V / ćeliju.
Uz period skladištenja duži od 6 mjeseci, punjenje treba izvršiti u roku od 8-10 sati uz konstantnu struju od 0,1 CA, odnosno 20-24 sata uz konstantan napon od 2,40 V / ćeliju.

• Baterije su dizajnirane za vertikalnu ugradnju na izolovane police ili u posebne ormare za baterije. Dozvoljeno je postavljanje baterija u vodoravni položaj s vertikalnim rasporedom ploča. Prostorije ne zahtijevaju prisilnu ventilaciju.
• Ako nivelacija elemenata nije osigurana direktno samom metodom ugradnje, tada je potrebno elemente izravnati uz pomoć chalika (nivelacijske užete). Udaljenost između susjednih bočnih zidova dva monobloka (dužina ugradnje) određuje se dužinom kratkospojnika. Kod relativno dugih redova montiranih monoblokova, preporučljivo je započeti nivelaciju ugradne dužine od sredine montiranog reda monoblokova, tako da se tolerancije hoda mogu izgladiti na oba kraja. Preporučeni minimalni zračni razmak između baterija je 5 do 10 mm.
• Međusobno povezivanje pojedinačnih baterija vrši se pomoću krutih izoliranih kratkospojnika, koji su zašrafljeni na stupove ili fleksibilne kabelske skakače. Džamperi se pričvršćuju moment ključem. Primijenite sljedeći obrtni moment od 20 Nm ± 1 Nm.
• Ako se koriste dvije ili više grupa paralelno spojenih baterija, onda žice, kablovi i sabirnice preko kojih su te baterije povezane sa opterećenjem moraju biti iste dužine i istog otpora.

Redoslijed ugradnje baterija u bateriju:

• Povežite pozitivni pol prve baterije sa negativnim terminalom druge baterije. Dakle, povežite sve baterije u grupu (grupa znači skup baterija na jednom nivou ili u jednom redu stalka).
• Priključite baterije u preostale grupe na isti način kao u tački 1 (ako postoji).
• Spojite vod uzemljenja punjača ili opterećenja na negativni terminal (ako je uzemljenje negativno) na posljednjoj bateriji ili posljednjoj grupi.
• Ako postoje grupe, povežite ih zajedno, počevši od posljednje (povezane na "uzemljeni" pin).
• Na kraju, povežite pozitivni terminal prve baterije ili grupe jedan na pozitivni terminal punjača ili opterećenja.
• Nakon završetka montažnih radova, baterije moraju biti numerisane, a vanjske površine terminala, kratkospojnika i priključnih čvorova moraju biti podmazane tankim slojem tehničkog vazelina ili sintetičkog čvrstog ulja.

Olovne gel baterije su predviđene za upotrebu u zatvorenim prostorijama sa prirodnom ventilacijom, uključujući i prostorije sa tehnološkom opremom i servisnim osobljem, na temperaturama od -20°C do +60°C. Raspon temperature skladištenja baterija je od –35°C do +60°C.

• Baterije isporučuje proizvođač u napunjenom stanju, napunjene elektrolitom i spremne za upotrebu.
• Ne preporučuje se postavljanje baterija u blizini izvora toplote. Budući da baterije mogu stvarati zapaljive plinove, nemojte ih postavljati u blizini opreme koja može isprazniti električno pražnjenje u obliku varnica.
• Nemojte instalirati niti koristiti baterije u atmosferi koja sadrži ili je u kontaktu s parama organskih rastvarača ili ljepila.
• Da bi se maksimizirao vijek trajanja baterije, prosječna struja talasanja bilo kojeg porijekla koja teče kroz bateriju ne bi trebala prelaziti 0,1 CA i napon punjenja treba održavati unutar 1%.
• Kućište baterije uvijek se preporučuje čistiti komadom tkanine navlaženom vodom. Nikada nemojte koristiti ulja, organske rastvarače kao što su benzin, razrjeđivači za boje, itd. u tu svrhu.
• Nemojte rastavljati bateriju. U slučaju kontakta s očima ili kožom, odmah isperite zahvaćeno područje jakom mlazom čiste tekuće vode i odmah se obratite ljekaru.
• Dodirivanje dijelova baterije pod naponom može dovesti do strujnog udara. Radovi na provjeri ili servisiranju baterija moraju se obavljati u gumenim rukavicama.
• Korištenje različitih baterija (različitih kapaciteta, različite istorije upotrebe, različite starosti proizvodnje i porijekla od različitih proizvođača) može uzrokovati oštećenje kako same baterije tako i opreme povezane s njom.

Baferski način punjenja baterije je glavni u alternativnim energetskim sistemima. Performanse cijelog sistema, pouzdanost i vijek trajanja opreme zavise od pravilnog podešavanja i načina korištenja opreme sistema za punjenje.

Kada se koriste u sistemima alternativnog napajanja kao akumulatori električne energije baterija, javljaju se određene poteškoće. To je zbog činjenice da je opskrba električnom energijom iz vjetroturbina solarnih panela neravnomjerna. Stoga nije uvijek moguće osigurati potrebnu struju punjenja za baterije kako bi se punjenje isključilo nakon određenog unaprijed određenog vremena. Za takve sisteme koristi se puferski način punjenja baterija, kada je punjač stalno priključen na baterije, a jedan ili više potrošača električne energije može se priključiti u svakom trenutku. Punjenje bafera se obično koristi za hitno uključenje i za izglađivanje vršnih opterećenja pri niskom napajanju. U alternativnoj energiji, baferski način punjenja baterije obavlja nešto drugačije funkcije, obezbjeđujući napajanje sistema s povremenim dovodom energije za punjenje baterija i obezbjeđujući potrebnu količinu energije uz neravnomjernu potrošnju energije od strane potrošača.

Pogledajmo pobliže gornji dijagram i rad načina punjenja međuspremnika, njegove prednosti i nedostatke. Važna karakteristika ovog režima je da je izlazni napon punjača podešen za približno 0,05V - 0,1V veći od maksimalnog napona za napunjenu bateriju, a vrednost ovog napona će zavisiti od specifičnog tipa baterije. Čak i kiselinske baterije različitih tipova mogu imati različite konačne napone punjenja, a optimalni napon se neznatno mijenja s promjenom temperature baterije. Kada je opterećenje R n isključeno, punjenje će se odvijati na sljedeći način: EMF punjača E z prelazi EMF baterije E a i usmjeren je suprotno naponu baterije. Zbir padova napona u kolu punjenja jednak je algebarskom zbiru EMF ovog kola. Posljedično, struja punjenja ovisit će o razlici u EMF-u punjača i o ukupnom otporu kruga koji se sastoji od unutrašnjeg otpora punjača i baterije.

Unutrašnji otpor punjača R s i baterije R a smatrat će se gotovo konstantnim. Stoga će veličina struje punjenja ovisiti o razlici u EMF-u. Unutrašnji otpori su male vrijednosti, pa ako se baterija isprazni, struja punjenja može postati veća od dozvoljene za određenu bateriju ili punjač. Stoga se punjači izvode prema shemi s ograničenjem maksimalne struje i koriste se za baterije određenog tipa i kapaciteta. Kako se baterija puni, razlika u EMF-u, a time i struji punjenja, će se smanjiti. Stoga će se proces punjenja baterije usporiti, bez obzira na to koju snagu u ovom trenutku izvor alternativne energije može isporučiti i može trajati i do nekoliko dana.

Ako je postavljeni napon na punjaču precijenjen, tada će nakon završetka procesa kemijskog punjenja električna energija ići na zagrijavanje baterije i razlaganje vode na vodik i kisik. Za servisirane baterije to će dovesti do brzog smanjenja nivoa elektrolita. Većina baterija bez održavanja proizvedena je sa mogućnošću povrata vodika i kiseonika u vodu, ali ovaj sistem je ograničen. Ako baterija bez održavanja povremeno ispušta povećani tlak plina kroz ventil, to dovodi do isušivanja elektrolita, brzog starenja i kvara baterija.

Alternativni izvori energije možda neće uvijek proizvesti dovoljno energije za punjenje baterije. Ako generator vjetroturbine proizvodi napon manji od napona baterija, tada se punjenje ne događa. Krug punjača mora zaštititi bateriju od pražnjenja kroz punjač i alternator.

Razmotrite način pražnjenja baterije u nedostatku struje punjenja:

U ovom načinu rada, prema slici, prekidač SA1 je otvoren, a SA2 prekidač je zatvoren. Struja pražnjenja ovisit će o EMF-u baterije i zbroju unutrašnjeg i vanjskog otpora i određena je formulom:

Napon na terminalima baterije 1 i 2 će biti jednak EMF baterije minus pad napona na unutrašnjem otporu:

U = E a - R a I n

Struja kroz opterećenje i unutrašnji otpor su isti. Unutrašnji otpor baterije je mali i struja uglavnom zavisi od vrednosti otpora opterećenja. Što je manji otpor opterećenja, to je veća potrošnja struje i veći pad unutrašnjeg otpora i manji napon na terminalima baterije 1 i 2.

Sada ćemo razmotriti način istovremenog rada punjača i opterećenja baterije, kada su kontakti SA1 i SA2 zatvoreni.

Ako se pri punjenju baterije priključi opterećenje koje troši malu struju u odnosu na struju punjenja, tada će manji dio struje otići na punjenje baterije. S postupnim smanjenjem otpora opterećenja i povećanjem potrošene struje, struja punjenja baterije će se smanjiti i na određenoj vrijednosti prestati. Struja koja se troši iz punjača će se povećati, što će dovesti do blagog pada napona na vrijednost EMF baterije. Ako je struja koja dolazi iz punjača manja ili jednaka struji koju troši opterećenje, tada se u ovom načinu rada energija može trošiti jako dugo. Daljnji porast potrošnje struje dovest će do toga da će se pad napona još više povećati i baterija će početi oslobađati ranije pohranjenu energiju. Baterija preuzima vršno preopterećenje. Dugotrajan rad u ovom načinu rada može dovesti do dubokog pražnjenja baterije, zbog čega se EMF baterije smanjuje. Preduboko pražnjenje baterije značajno smanjuje njen vijek trajanja, pa je bolje opterećenje priključiti preko pretvarača ili drugog uređaja koji može automatski isključiti opterećenje kada napon padne ispod dozvoljenog nivoa. Nepoželjno je da kiselinske baterije budu dugo vremena u ispražnjenom stanju.

Prilikom korištenja puferskog načina punjenja potrebno je pratiti opskrbu energijom iz izvora i preporučljivo je uzeti u obzir da u trenutku kada je izvor energije sposoban isporučiti veliku količinu energije, ali ta energija nije potrošena, onda kada se baterije pune, energija se ne akumulira, što znači da se nepovratno gubi... U nedostatku snabdijevanja energijom iz izvora, na primjer, vjetroturbine, potrošnja energije se mora smanjiti ili zaustaviti kako se baterije ne bi ispraznile više od dozvoljene norme, kao i da bi se imala određena margina u slučaju dugih prekida rada. snabdijevanje energijom.