О выборе свинцово-кислотных аккумуляторов для систем электропитания

Запись дневника создана пользователем Андрей-АА, 16.03.10
Просмотров: 23.669, Комментариев: 30

Андрей-АА Цель статьи - показать, что "просто купив" аккумуляторы, зарядное устройство и инвертор и "просто" соединив их друг с другом нельзя получить удовлетворительный результат по ресурсу аккумуляторов.
Все системы для электропитания можно разделить на три категории:
1. Системы автономного питания (САП) - используются при отсутствии внешней электросети и вырабатывают 100% используемой потребителями электроэнергии.
2. Системы резервного (аварийного) питания (СРП) - используются в паре с основной электросетью и включаются только при отключении основной.
3. Системы бесперебойного питания (СБП) - это резервные, но которые обеспечивают непрерывную подачу сетевого питания (для понимания - чтобы даже компьютеры не успели перезагрузиться). Выбор аккумуляторных батарей (АКБ) для СБП примерно такой же, как и для СРП.
Мы здесь будем рассматривать системы, содержащие в своем составе свинцово-кислотные (СК) АКБ.
Как выясняется, оптимальный выбор СК АКБ для систем автономного питания представляет определённую сложность даже для специалистов по САП.
В чем причины этого?
- В очень жестком режиме эксплуатации АКБ - ежедневный заряд и разряд ("циклический режим").
- В особенностях электрохимических процессов - нетривиален и длителен процесс заряда и наличии ограничений при процессе разряда.
- В отсутствии публикации производителями АКБ данных по сроку службы АКБ в недозаряженном состоянии.
- В плохой адаптации производимых зарядных устройств к особенностям разных СК АКБ.
- В слабой "аккумуляторной" квалификации пользователей АКБ и даже некоторых специалистов по САП.
(Многие поставщики готовых решений с СК АКБ тем или иным способом ускользают от проблем обеспечения заказчику оптимальных длительных сроков эксплуатации АКБ.)
- В несколько разных оптимальных режимах работы СК АКБ, сделанных по разным технологиям и предназначенным для разных целей. Здесь доли вольта при заряде и проценты разряда имеют большое значение.
***
Не возьмусь за классификацию СК АКБ, но все-таки перечислю некоторые группы: промышленные стационарные, тяговые, для резервного питания, для автономного питания, стартерные обычные и сратерные, допускающие глубокий разряд. Естественно, обыкновенные стартерные плохо подходят для автономных систем, но т.к. многие создатели "автономок" все-таки используют их для этого, то я счел необходимым их тоже рассмотреть.
А также - с жидким и густым электролитом (обслуживаемые, малообслуживаемые и необслуживаемые).
Перейдем теперь к собственно выбору.
Главное при выборе СК АКБ - подобрать АКБ по технологии их изготовления (и по параметрам) под Вашу конкретную задачу путем расчета экономической эффективности их работы в Вашей конкретной системе.
1. Выбор СК АКБ для систем автономного питания.
В связи с тем, что, как правило, такие системы имеют суточную (или близкую) цикличность работы, то главным критерием для выбора является паспортное (и, естественно, реальное) количество циклов заряд-разряд АКБ при Вашем режиме ее эксплуатации и цена за один цикл.
Из документации производителей всех СК АКБ известно, что при глубоком разряде АКБ, резко снижается количество оставшихся циклов АКБ, поэтому АКБ не рекомендуется разряжать более чем на 50-80%. Оптимальная глубина разряда должна рассчитываться под Вашу конкретную систему (под конкретную АКБ, токи разряда и методику заряда) и контролироваться автоматикой.
Настоятельная рекомендация - при каждом разряде по достижению расчетной глубины разряда лучше сразу начать заряд, причем заряд должен быть доведен до 100%.
С таким (быстрым и полным) зарядом тоже есть проблемы, которые можно решить, например, с помощью экономичной САП.
Есть и другой вариант - купить, например, гелевые аккумуляторы Challenger G12FT (аналог Haze HZY), у которых (по описанию производителя) возможно:
"Полное восстановление после глубокого разряда, даже в том случае, когда к процессу заряда не приступили сразу после разряда.
Может быть разряжена, даже при неполном заряде без потери емкости АКБ".
Несмотря на это, все равно рекомендуется хотя бы раз в месяц производить полный, длительный (12 часов) заряд АКБ малым током.
Теперь - конкретика.
Сравним 5 разных технологий - OPzS (малообслуживаемые), OPzV (гелевые), AGM, Challenger G12FT и обыкновенные стартерные (цены - приблизительные, розничные, московские (на дату написания статьи), а выбранные технологии изготовления АКБ - наиболее реальные по практике и целесообразности применения).
Исходные данные: приводим АКБ к 100Ач х 12В = 1200Вт*часов, разряд до 50% током 10% от емкости (0,1С).
1. OPzS. Цена 1200Вт*часовой - 12700руб.
Тогда 12700/2300 циклов =5,5руб/цикл.
2. OPzV. Цена 1200Вт*часовой - 14600руб.
Тогда 14600/2000 циклов =7,3руб./цикл.
3. AGM. Цена 1200Вт*часовой - 6500руб.
Тогда 6500/600 циклов =10,8руб/цикл.
4. Challenger G12FT. Цена 1200Вт*часовой - 8500руб.
Тогда 8500/700 циклов =12руб/цикл.
5. Теперь о стартерных (обыкновенных).
К сожалению, на сегодня, я не нашел их количество циклов при токе разряда 0,1С (т.к. они для такого режима не предназначены). Из общения с практиками и из своего опыта могу лишь предположить, что для них количество циклов в таком режиме не превысит 200.
Цена обыкновенной стартерной АКБ - 3200 руб.
Тогда 3200/200 циклов =16руб./цикл.
А вот инф-я от практиков:
1. Наш коллега по форуму Садо утверждает, что использовал обыкновенные стартерные батареи 700 циклов без обслуживания (до 11,6В), тогда 3200/700=4,6руб./цикл.
2. vvaleryvv: Я основываюсь на опыте очень большого экопоселения, в котором нет электросетей. Более сотни семей пробовали свинцовые АКБ-хи (естественно начиная со стартерных), результат всегда один и тот же. Если человек постоянно живёт, то АКБ-шек хватает максимум на год (опыт около 20 семей и это без холодильников!). Если приезжает периодически (зимой обычно не ездят), то АКБ могут и 2-3 года продержаться.
Примечания:
А. Герметичные АКБ - OPzV, AGM можно размещать даже в доме (вентиляция все равно нужна). Стартерные тоже бывают герметичными.
Б.,В. и Г. Имеется три хороших способа продления жизни СК АКБ:
Б. Для обслуживаемых и малообслуживаемых (негерметичных), эксплуатируемых только при положительных температурах можно снизить плотность электролита до "летней" - 1,24. В этом случае их ресурс значительно (до 2-х раз) увеличится.
В. Проведение десульфатации б/у батарей также заметно продляет их ресурс.
Г. Температура эксплуатации СК АКБ должна быть не выше 20оС!!! При повышении ее до 30оС, ресурс АКБ падает почти в 2 раза!!!
Д. Нашлись кое-какие цифры по ресурсу автомобильных АКБ:
"...автомобильные аккумуляторы с жидким электролитом редко выдерживают более 20 глубоких (100%) циклов разряда. При 30% глубине циклов количество их утраивается."
***
Если у читателя есть более точные сведения о минимальных ценах и кол. циклов стартерных батарей (в рассматриваемом режиме эксплуатации), или о других эффективных технологиях СК АКБ, то прошу сообщить об этом мне - я подправлю расчеты.
2. Выбор СК АКБ для систем резервного питания.
Для СРП аккумуляторы, в основном, выбираются по критерию цена/срок службы в годах. Для них выпускаются специальные долгоживущие АКБ и их выбор относительно прост.
По моему мнению здесь выбирать надо из трех вариантов батарей - промышленных стационарных (GroE, OPzS, OPzV), других гелевых и AGM, у которых сроки службы (при небольшом количестве циклов заряд-разряд) и умеренной температуре АКБ находятся в диапазоне 5-20 лет.
При жестких ограничениях по стоимости АкБ можно использовать обслуживаемые, малообслуживаемые малосурьмянистые жидкостные аккумуляторы, которые допускают большее количество глубоких разрядов, чем их аналогичные собратья.
О зарядных устройствах.
Хочу обратить внимание читателя на то, что выбор оптимальных АКБ и правильного режима их разряда не даст расчетных показателей по сроку их службы в случае неверного выбора режима их заряда!!!
Под каждую из рассмотренных технологий и даже под каждого производителя АКБ необходимо подбирать оптимальное зарядное устройство (ЗУ). Так, например, категорически нельзя использовать автомобильные ЗУ для AGM батарей. Есть и другие нюансы с каждым производителем АКБ.
Даже если в документации на ЗУ написано, что оно может заряжать все виды батарей, то при отсутствии ручных настроек под Ваш конкретный тип батарей этому верить нельзя...
На эту тему можно почитать про ЗУ FIAMM-2106 - как я с ним разбирался (в середине статьи). Причем в российском представительстве FIAMM о том, что этими ЗУ можно заряжать не все AGM батареи, мне ничего внятного сказать не смогли... Только бормотания о том, что достучаться до итальянцев они не могут...
Впрочем, там мне посоветовали залезть внутрь и подстроить устройство (со снятием его с гарантии)...
В заключение о зарядных устройствах хочется добавить, что сейчас в природе имеются нормальные автоматические многоступенчатые ЗУ, выбор которых - тоже нетривиальная задача.
А использовать примитивные ЗУ для дорогих систем электропитания категорически не рекомендую...
ser225, Pajerokz, Aldobr и 4 другие сказали "спасибо" за это.

Комментарии

  1. vvaleryvv
    Обычный пользователь не может и не хочет обслуживать и разбираться в АКБ. Свинцовые АКБ очень нежные и требуют квалифицированного ухода, но даже при таком уходе они довольно быстро умирают - такова специфика их химических реакций.
    В настоящее время в АВТОНОМНЫХ системах альтернативой кислотносвинцовым являются LiFePO4 АКБ (лифер - в просторечии) с БМС (электронный блок контроля и управления всеми ячейками лиферной АКБ).
    Нормальный Лиферный блок не требует никакого вмешательства со стороны пользователя, совершенно не боится недозаряда и циклического режима работы, для него нет понятия "время жизни". Лифер без ущерба для себя допускает большую глубину разряда 70-80%.
  2. Serj
    Несмотря на старую запись, хотя можно сказать с выдержкой!, добавлю.
    У нас в офисе стоит UPS на 6кВт с батареей из 16 120Ач обычных свинцовых аккумуляторов. Ввели в эксплуатацию уже лет 6-8 точно, попозже уточню. Температура в помещении 19гр, кондиционер. Нагрузка около 40% мощности. Разряжаются до 75% емкости и после этого гасятся сервера, остается только миниАТС, Пожарка и отопление - всё это поменьше 10% мощности и в таком режиме разряжается до отключения.Переходит на резервное питание редко - в год порядка 10 раз.
    Последнее тестирование батарей делали в июле - все батареи ОК!
    Selan61, sim1, Андрей-АА и ещё один пользователь сказали "спасибо" за это.
    1. Simpsons
      Привет! подскажи какие АКБ используете?
      Serj сказал(а) "спасибо" за это.
      1. Serj
  3. vvaleryvv
    Говоря техническим языком, стартерные АКБ разряжались практически на 90-100% постоянно (SOC=0-10%, DOD=90-100%) - об этом говорит писк инвертора на 11,6В. По словам Садо они выдержали 700 циклов постоянных полных зарядов и разрядов! Таковы вводные.
    Однако, здесь что-то не так.
    По всем данным стартерные АКБ (если это не Оптима) могут держать 200-300 (скорее 200) циклов полного разряда-заряда при более-менее нормальных условиях (15-25 град). После этого остаточная ёмкость составляет 80% от номинальной. Потом деградация сильно ускоряется и следующие 20% теряются за 3-4 месяца. Конечно чисто теоретически что-то можно будет вытащить с АКБ-шек и через 1,5 и может быть и через 2 года. Но это уже далеко не то что было в начале. "Потом просто осыпались" - эта фраза говорит о том, что в конце жизни стартерных АКБ они давали ... да ничего они уже не давали.
    То есть если в начале первого года можно было забрать с акб-шек 100% энергии за цикл, в начале второго года - только 80%, а ещё через 3-4 месяца - 60%. Через 1,5 года там останется 20%. Если предположить, что акб-шки стояли в сравнительно прохладном месте 10-20 град, то в принципе 1,5 года вполне могли дорасти до 2-х лет. Но с пониженным уровнем отдачи энергии за цикл (скажем, процентов 90).
    Всё вышесказанное, в принципе, подтверждает то, что стартерная АКБ в автономке живёт год. У Садо акб-шки продержались чуть дольше - но он, по его же словам, их каждый день подзаряжал, что очень хорошо. Второй год это уже использование за гранью в 80%, хорошо если энергии хватает, а если нет, то что делать? Просто добавить акб-шек не получится.
    Вот такая арифметика, чтобы не было иллюзий, что можно сделать хорошо и задёшево.
  4. Cokrat
    Я занимался аккумуляторами ,работал в связи .Из своего опыта скажу Кислотные аккумуляторы не предназначены для работы в буферном режиме . Оптимально для них температура +10+15 градусов .малая плотность и обязательный контроль электролита не допускать уровень до миниума .Запас мощности акб должен превышать не менее в 10 раз мощности потребителей .лучшие результаты имеют щелочные акб. ТЖН.гораздо больший ресурс ,в среднем не менее 10-15 лет С потерей мощности 10-20 % от максимальной мощности возможность работать в буферном режиме.
    zeekula сказал(а) "спасибо" за это.
  5. Cokrat
    Я щелочные АКБ заряжал раз в трое суток. Применяются тяговые Железо Никелевые аккумуляторы в электрокарах хватает на смену работы .очень большой уровень заряда-разряда до 3.000 раз .глубокой разрядки небоятся . У меня списанные после 6 лет эксплуатации ,дома для резервного освещения служили 3 года.
    Aldobr и Андрей А.А. сказали "спасибо" за это.
  6. Cokrat
    Из доступных по цене и неприхотливости щелочные самые оптимальные ,держите их при температуре +10+15 градусов при потере мощности на 30-50% вылейте полностью щёлочь (если она почернела)и залейте свежую щёлочь.Щёлочные аккумуляторы редко но используют для стартера автомобилей(КАТЕГОРИЧЕСКИ НЕЛЬЗЯ ИСПОЛЬЗОВАТЬ ЩЁЛОЧЬ В КИСЛОТНЫЕ АКБ И КИСЛОТУ В ЩЁЛОЧНЫЕ АККУМУЛЯТОРЫ ОПАСНО ДЛЯ НИХ).
  7. Cokrat
    В яндексе много что Про щелочные аккумуляторы.Правильно набранная ссылка и отказывается заходить.
  8. Cokrat
    Пробовал делать самодельные батареи из стеклянных литровых банок.Заливал солёную воду и опускал металлические полоски. С одного края медную ,с другово оцинкованную . Секции последовательных батарей хватало до года. Ещё лучший вариант получался из списанных лимонов (отдавали в магазине ).
  9. Андрей-АА
    Cokrat, здесь - не тема для общего обсуждения, а статья.
    Причем - про свинцово-кислотные АКБ, а вы - про щелочные...
    AlexVas2014 сказал(а) "спасибо" за это.
  10. Agent0008
    Выбираю аккумуляторы для своей системы, в связи с этим у меня вопрос. Какие свинцово - кислотные аккумуляторы более выносливы в разряде при минусовых температурах? у некоторых в паспортах пишут -20. Эксплуатация моих - в холодном подвале. Как выносят минус гелевые или AGM акумы? Очень интересует по отрицательным температурам характеристики аккумуляторов 200D и 200DG от компании Prosolar. Перелопатил кучу сайтов - нет данных по работе при отрицательных Т. Заранее спасибо за ответ.
  11. Андрей-АА
    Agent0008, подвал - идеальное температурное место для любой СК АКБ (с точки зрения долгожительства). При небольших минусах будет чуть меньше емкость. Всё!
  12. maxim_al
    а как лучше, набрать 400Ач * 24В - 12 АКБ по 2 В на 400Ач, или 24 АКБ на 2 В по 200Ач?
    1. Serj
      параллельно аккумуляторы лучше не собирать! :um:
      1. maxim_al
        Дюже тяжелые те что желаемой емкости - на сколько это критично?
        1. Serj
          Это правило. Почему? - теоретизировать не буду, ибо учился больше полжизни назад - что-то типа у каждого аккумулятора свои характеристики и они будут разряжаться друг на друга - короче аккумуляторы соединяются только последовательно - это правильно.
          1. Guropes
            С чего вдруг им разряжаться друг на друга? У меня стоят рядом три совершенно разных аккумулятора по емкости, году выпуска и степени убитости. Зарядил все по очереди и оставил на пару месяцев. Померил, на каждом 12.6 вольт. В сотых долях конечно есть разница. В чем разница если они будут соединены в одну цепь? Последовательно их соединять. да геморойно, поскольку токи саморазряда разные, емкость разная, и при разрядах - зарядах получается ерунда и неполное использование запасеной энергии. Однако это не помешало им проработать 3 года в составе ИБП без заметного ухудшения емкости.
            В общем если есть всякий аккумуляторный хлам, то его при наличии некого понимания можно использовать как угодно. Если же покупать недешевые батареи, то конечно лучше взять меньше количеством и больше емкостью. Даже на перемычках экономия существенная, не говоря о том что 1 на 200 всегда дешевле двух на 100.
      2. Андрей-АА
        Сергей, я думаю, что это - неверное утверждение. Мне тоже так казалось раньше, но потом меня убедили, что вполне можно.
        Serj сказал(а) "спасибо" за это.
        1. Serj
          Аргументы в студию! Честное слово при прочих равных мне хотелось бы собирать батареи параллельно, но ... есть в голове правило из букваря и пока не узнаю нового правила делаю по старому. :um:
      3. Андрей-АА
        При прочих равных я бы собрал 24 АКБ на 2 В по 200Ач - так дешевле заменить при проблеме.
        Serj сказал(а) "спасибо" за это.
      4. Андрей-АА
        Серёж, это - неверное суждение!
        Serj сказал(а) "спасибо" за это.
        1. Serj
          Давно уже и не помню почему пришёл к такому выводу. Как выполнять балансировку на параллельной батарее? Что будет с батареей если один из акку замкнёт?
          1. Андрей-АА
            У них происходит самобалансировка.
            Если один замкнет, то без предохранителя второму кирдык будет.
            К сведению:
            Если у последовательных АкБ один замкнет, то другому тоже кирдык будет. Причем, тут и предохранитель не поможет.
            Serj сказал(а) "спасибо" за это.
  13. maxim_al
    Ок, мне почему-то тоже так казалось что лучше не параллелить, но как всегда инфу собираю где могу :).
    Планирую купить Тюменские PzS 640Ач 2В - 12 шт (24В МАП). Никто не отговорит? :)
  14. Андрей-АА
    Добавил:
    Д. Нашлись кое-какие цифры по ресурсу автомобильных АКБ:
    "...автомобильные аккумуляторы с жидким электролитом редко выдерживают более 20 глубоких (100%) циклов разряда. При 30% глубине циклов количество их утраивается."
    Serj сказал(а) "спасибо" за это.
  15. Borisr
    Моя капля. Стоит 2 инвертора С-3000 12-220В 3 квт, аппроксимированный сигнал. позже добавил китайскую приблуду (купил через али) 2,4 Квт - чистый синус, солнечный контроллер, 24-220 В. Первое устройство работает 6 лет, второе 4й год.
    В обоих случаях батарейный кабинет собирал на авто АКБ большой мощности. 150 и 200.
    Отключения частые.
    И все батареи работают. По сему считаю, что призыв покупать AGP и тд, более маркетинг продавцов.
    Я не спорю про максимальные циклы для разных типов. Но в обычных обыденных системах, где люди хотят иметь 220В на случай пропажи сети, никаких супер АКБ не требуется.

    У меня супруга как то просидела на инверторе 3 дня! (не запустился ГЕНА для подзарядки )Без "Танцев с бубнами". вода, свет, телик, чайник, микроволновка видеонаблюдение.

    Про нельзя параллелить. Можно. Берите инвертор с ЗУ на борту . Соединяйте АКБ медью с хорошим сечением. И АКБ всегда будут в заряженном состоянии.

    Чисто мой опыт. Делал своими руками.
    Pragmatist, Serj и Андрей-АА сказали "спасибо" за это.
  16. Pragmatist
    Borisr, Стоит 2 инвертора С-3000.......
    Мой опыт полностью подтверждает ваши выводы о возможности и положительном результате использования стартёрных АКБ в системе автономного эл. питания дачи-дома.Первоначально 4 года возил на дачу заряженную стартёрную АКБ -60А для обеспечения более-менее приемлемых удобств и комфорта:- водяной насос, радио, телевизор(немного), свет в бане и на даче... В целом сажал её до отказа работы инвертора(модиф синус-600вт)-10,5в . В кач. светильников использовал светодиодные лампы 12 в- оч низкое эн. потребление при вполне приемлемом освещении. При возвращении сразу же полностью заряжал. В дальнейшем поставил эту АКБ на свою **8**, отъездил ещё 2 года и успешно продал с этим же аком...( Хочу заметить, что на первой моей машине, ЗАЗ-968М ,родная АКБ отработала 15 лет зимой и летом). Сейчас пошел 4-й год, как применяю самостоятельно установленную автономную солнечную энергосистему на 800 ВТ солнечных панелей (кстати купленных задёшево), 2-х инверторов- 600 вт. синус и 2.5 квт модиф. синус, 4 стартёрных АКБ по 110А соед. по последовательно-паралельной схеме в 24в. В результате применяю данную схему весь солнечный период с начала марта по средину октября( я пчеловод), используя весь арсенал эл.инструмента: -эл. свар. инвертор**Сварог** с электр 1.6-3 мм, циркулярка, эл. лобзик **Фиолент**,эл. насос **Ручеёк**, эл. рубанок ** Ребир**, микроволновка и пр, не говоря про наждак, дрели, радио, телевизор и освещение... Конечно же стараюсь больший объём работа производить при солнечной погоде, что бы не перегружать систему. При этом ( даже при сварке) напряжение на АКБ не падает ниже 12,3-12,5в( при бытовом объёме работ), что говорит как о сохранении ёмкости аков, так и о хорошей отдаче солнечных батарей. Оппоненты могут сказать, что я только и делаю, что бегаю вокруг АКБ, **проверяя..* и **не допуская...**. В определённой степени это действительно так - губить по дурости аки действительно не хочется, т.к. сейчас даже стартёрные АКБ становятся весьма затратным продуктом, не говоря про стоимость специальных аков, которая выше в 3-5 раз...Возможно ли успешное(в том числе и экономически более выгодное) применение стартёрных АКБ по сравнению со специальными АКБ в автономных системах... ? Я бы ответил твёрдое -ДА! Но конечно же с соблюдением определённых и обязательных правил. И главное здесь- не допускать глубоких разрядов,- более30%(70%,а то и более должно остаться в акб и чем больше, тем дольше проживёт она). Для современных стартёрных( да и не только их)АКБ жизненно необходим 4-х режимный полноценный заряд с мах. напряжением до 16 в! Именно по этой причине( систематический не до заряд)современные стартёрные аккомуляторы ** живут** весьма не долго по сравнению со своими дедушками из чистого свинца, которым хватало для полноценного заряда и 14,8 в в старых авто. Предполагаю( и для этого есть все основания), что мои стартёрные АКБ проживут ещё не менее 4-5 лет( тфу!- тьфу!- тьфу!:)]) и это будет прямое доказательство как технической, так и экономической выгодности установки стартёрных АКБ в автономных системах эл. обеспечения, во всяком случае в моих условиях...
    Андрей-АА сказал(а) "спасибо" за это.
    1. Андрей-АА
      Спасибо за важную информацию!
      Чуть добавлю.
      Думаю, что у каждой технологии АкБ есть свой оптимальный алгоритм заряда. Его, предполагаю, можно увидеть в её инструкции. Конкретно - напряжение выравнивания и его длительность. Им и должно соответствовать зарядное устройство.
      Думаю, что именно правильное выравнивание заряда банок в конце заряда вкупе с неглубоким разрядом является залогом долговечности стартерных АкБ в автономных системах.
      1. Pragmatist
        ---К сожалению в инструкциях к приобретаемым стартёрным АКБ ни разу не удалось найти информацию о правильном заряде оных. Видимо принцип :-**Быстрее сдохнет- скорее новую приобретут** пока что главенствует в торговле. Да и многих ли это интересует,- поставил и поехал- на ходу зарядится. Так думает почти половина пользователей, не загружая мозг лишней информацией. 3-4 года отстоит и слава богу, - можно новую ставить...
        Андрей-АА сказал(а) "спасибо" за это.