Как правильно выбрать аккумулятор

При выборе аккумулятора следует учитывать следующие характеристики:

• Емкость аккумулятора в миллиампер в час (мАч) (метод расчета представлен ниже).
• Напряжение, зависящее от материалов, используемых для электродов, которое может варьироваться от 3,2 до 4В для литиевых аккумуляторов и от 1,2 до 2В для других аккумуляторов.
• Температура функционирования.
• Размер аккумулятора и его форма.
• Тип использования.
• Цена.

Все аккумуляторы имеют две общие характеристики:

• Напряжение, выражаемое в вольтах (V): у заряжаемых аккумуляторов оно обычно составляет 12В. Для более крупных элементов с напряжением 12В, 24В или 48В используются отдельные элементы 2В, предназначенные для последовательной сборки и имеющие срок службы около 10 лет.
• Емкость, выражаемая в ампер/часах (Ah): для увеличения емкости, несколько аккумуляторов должны быть подключены параллельно.

При умножении напряжения на емкость, получается количество стокированной электроэнергии в киловатт/час (кВт/ч). Пример : аккумулятор 12 V – 100 ампер/ч теоретически располагает 12 x 100 = 1 200 Вт/ч = 1,2 кВт/ч.

В зависимости от этих характеристик, вам нужно будет выбрать тип аккумулятора и его химический состав: свинцовая кислота, никель, литий. Не существует идеальной технологии аккумуляторов. У каждого типа аккумулятора есть свои преимущества и недостатки, операторы выбирают технологию, которая лучше всего соответствует их потребностям.

Аккумуляторы имеют заранее заданный срок службы и количество циклов в зависимости от климата (температура окружающей среды) и типа использования (глубина разряда). Для увеличения срока службы и оптимизации функционирования рекомендуется соблюдать рекомендации по хранению и эксплуатации.

Чтобы определить размер аккумулятора, необходимо подсчитать все запланированное потребление энергии в день и разделить эту сумму (в ваттах в день) на напряжение постоянного тока (в вольтах). Не рекомендуется разряжать некоторые аккумуляторы, особенно свинцово-кислотные, менее чем на 50%. Чтобы получить необходимую минимальную мощность, разделите этот результат (в амперах/день) на 0,5. Работа при напряжении 24 В позволяет вдвое снизить потребляемую мощность по сравнению с напряжением 12 В, а при напряжении 48 В — даже в четыре раза. Если несколько устройств работают одновременно, лучше иметь больше мощности.

Литиевый аккумулятор — это электрохимический аккумулятор, использующий литий в качестве химического элемента. В основе литий-ионного аккумулятора может лежать любой материал, содержащий литий. Очень трудно дать общие правила относительно этого типа аккумуляторов, поскольку рынки с большим объемом продаж (камеры, мобильные телефоны и т.д.) и рынки с высоким уровнем потребления энергии (гибридные, электрические, авиационные транспортные средства и т.д.) имеют различные потребности с точки зрения срока службы, стоимости или мощности.

Существуют разные типы литиевых аккумуляторов :

• Литий-ионные аккумуляторы (Li-ion) : очень стабильные аккумуляторы с самой высокой на рынке плотностью энергии.
• Литий-полимерные аккумуляторы (Li-Po) : эта технология использует полимерный электролит вместо жидкого электролита. Полутвердые полимеры с высокой проводимостью образуют этот электролит. Это перспективная сухая технология.
• Литий-железо-фосфатные аккумуляторы (LiFePO4) : плотность энергии этого аккумулятора ниже, чем у других технологий, но LiFePO4 отличается длительным сроком службы и высокой безопасностью. Эти аккумуляторы идеально подходят для источников аварийного питания (ИБП).

Преимущества:

• Высокая плотность энергии, что снижает вес и объем аккумуляторов.
• Низкий уровень технического обслуживания.
• Перезаряжаемые.
• Длительный срок службы.
• Очень низкий уровень саморазряда.
• Большая разновидность форм.
• Ограниченный эффект памяти.

Недостатки :

• Дороже, чем другие технологии.
• Требуется защитный контур, так как они опасны в использовании.
• Строгие правила транспортировки.
• Изнашиваются даже когда не используются.

Циклы : обеспечивают около 1300 циклов до 100% разрядки.

Применение (все типы литиевых аккумуляторов) :

• Накопление солнечной и ветряной энергии.
• Накопление электроэнергии.
• Автономное применение (уличное освещение, парковочные счетчики, камеры наблюдения, радары, светофоры…).
• Транспортные средства (электрические велосипеды, электромобили [гражданские или промышленные], робототехника, аэронавтика, беспилотники, морской транспорт…).
• Переносные установки (аккумуляторы, преобразователи, блоки питания).

Существует два типа свинцовых аккумуляторов :

• Открытые свинцовые аккумуляторы с электролитом, представляющим водный раствор серной кислоты. Это надежные аккумуляторы, технология которых хорошо известна и исследована с 19 века. Эти аккумуляторы имеют недостаток, который заключается в том, что они чувствительны к изменениям температуры. Кроме того, они требуют регулярного технического обслуживания (долива дистиллированной воды), поскольку их электролит испаряется с течением времени.
• Закрытые свинцовые аккумуляторы с гелевым электролитом. Их преимущество заключается в том, что они не требуют технического обслуживания, просты в обращении (отсутствие утечек), а их стабильность идеально контролируется производителем. Как правило, они обеспечивают около 400 циклов при 80% разряда.

Преимущества:

• Надежность.
• Длительный срок службы.
• Отсутствует эффект памяти.
• Низкая цена.
• Низкий саморазряд, от 5 до 10% в месяц

Недостатки :

• Тяжелый вес.
• Низкая автономность.
• Чувствительность к холоду.
• Регулярное техническое обслуживание (только для открытых аккумуляторов).
• Низкая плотность энергии.

Применение:

• Промышленность.
• Оборудование для железнодорожного и автомобильного транспорта (включая грузовики), самолеты, спутники…

Никель-металлогидридные аккумуляторы, известные как аккумуляторы NiMH (с английского никель-металл-гидрид), практически заменили аккумуляторы Ni-Cd, , никель-кадмий, так как они менее вредные для окружающей среды. Действительно, присутствие кадмия в никель-кадмиевых аккумуляторах создает проблемы, связанные с их утилизацией по окончании срока службы. Аккумуляторы NiMH имеют высокую плотность энергии и могут быть полностью разряжены без ущерба для срока службы.

Недостатком является их низкая емкость, что делает их более подходящими для портативных устройств, где время автономной работы редко превышает несколько часов. Как правило, они обеспечивают от 500 до 700 циклов на 80% разряда.

Преимущества аккумуляторов Ni-Cd :

• Очень долгий срок службы, до 20 лет.
• Выдерживают экстремальные температуры (от -20 °C до +40 °C).
• Низкое внутреннее сопротивление: высокая плотность энергии в сочетании с высокой емкостью для зарядки.
• Легче по весу, чем свинцово-кислотные аккумуляторы.

Недостатки аккумуляторов Ni-Cd :

• Более высокая цена.
• Загрязнение: никель и кадмий токсичны. Дорогостоящие процессы утилизации/переработки.
• Эффект памяти, аккумулятор должен быть полностью разряжен перед зарядкой.
• Средняя автономность.

Преимущества аккумуляторов NiMH :

• Схожи с Ni-Cd.
• Меньше последствий, связанных с эффектом памяти.
• Обладают большей автономностью.

Недостатки аккумуляторов NiMH :

• Более высокая цена.
• Подвержены саморазряду.

Самыми распространенными моделями являются щелочные аккумуляторы марганцево-цинковый диоксид (Zn-MnO2) и литий-диоксид марганца (Li-MnO2). Щелочные аккумуляторы в основном используются для бытовых целей. Основными форматами являются цилиндрические батарейки (LR3, LR6, LR14, LR20) и кнопочные батарейки. Благодаря своим размерам и весу щелочные батарейки широко используются в портативных устройствах малой мощности, таких как пульты дистанционного управления, карманные фонарики, часы, игрушки и т.д.

Преимущества:

• Невысокая цена.
• Достаточная плотность энергии
• Доступность

Недостатки:

• Как правило, такие батарейки не заряжаются.