Разряд аккумуляторных батарей

В данном случае на первый взгляд не учитывается, что лампочка в фонаре, например, не будет светить при напряжении менее 2,5 В. Однако это не совсем так. Благодаря почти плоской кривой разряда никель-кадмиевых аккумуляторов (рис. 7.5) в данном случае сниже-нием емкости до порога, при котором устройство прекращает работать, можно пренебречь.

Рис. 7.5. Разрядная характеристика никель-кадмиевого аккумулятора

При использовании свинцово-кислотной батареи в источнике бесперебойного питания персонального компьютера учитывают мощность нагрузки и время ее работы от ИБП. Чаще всего нагрузка представляет собой системный блок компьютера мощностью 200...300 Вт и монитор, потребляющий 130...250 Вт.

Время непрерывной работы ИБП должно составлять 5... 15 мин. Такое время выбирают для того, чтобы при пропадании напряжения сети переменного тока можно было корректно завершить работу и выключить компьютер, а также защитить его от сбоев при кратковре-менном пропадании напряжения сети или его скачках. Кроме аккумуляторов ИБП должен иметь блок преобразователя напряжение постоянного тока 6... 12 В в напряжение перемен-ного тока 220 В (DC/AC преобразователь), зарядное устройство для подзарядки батареи при работе в режиме холостого хода и схему управления, которая обеспечивает мгновенное переключение нагрузки на резервный источник питания при пропадании напряжения основ-ного источника. Из этих требований видно, что емкость аккумуляторов для ИБП небольшой

мощности может быть невысокой. При необходимости получить требуемое напряжение нагрузки аккумуляторы или аккумуляторные батареи соединяют последовательно (рис. 7.6). При таком соединении напряжение батареи равно сумме напряжений всех ее элементов, а емкость соответствует емкости одного аккумулятора или батареи. Естественно, что все акку-

муляторы при соединении их в батарею должны быть однотипными, иметь одинаковую емкость и, желательно, дату выпуска.

При необходимости добиться требуемой емкости, аккумуляторы или батареи аккумуля-торов соединяют в батарею параллельно (рис. 7.7). При этом ее общая емкость равна сумме емкостей всех параллельных ветвей. Для того чтобы исключить отрицательное влияние ветвей друг на друга, используют развязывающие диоды как по цепи заряда, так и по цепи нагрузки (рис. 7.8).

Рис. 7.6. Последовательное соединение аккумуляторов в батарею

Рис. 7.7. Параллельное соединение аккумуляторных батарей

Рис. 7.8. Развязка ветвей аккумуляторной батареи при помощи диодов

При подборе диодов следует учитывать, что прямой ток диодов в цепи заряда должен быть не менее максимально возможного тока заряда ветви батареи, а прямой ток диодов в цепи разряда — не менее максимального тока нагрузки. Обратное напряжение диодов должно иметь величину не менее 1,5 • UH. Количество параллельных ветвей аккумулятор-ных батарей, объединяемых в систему питания, ограничено, и чем больше в ветви количе-ство последовательно соединенных батарей, тем меньше параллельных соединений допускается (табл. 7.3).

При необходимости расчета мощного источника резервного питания исходными величинами для расчета являются: мощность нагрузки, время резерва (автономного питания), напряжение нагрузки, напряжение конца разряда батареи. Например, необходимо рассчитать параметры батареи для нагрузки мощностью 5,3 кВт, требующей 30-минутного резерва и работающей от источника напряжением 204...268 В.

Таблица 7.3

Порядок расчета следующий:

1. Рассчитываем необходимое количество элементов:

2. Принимаем решение, какие блоки (батареи) будем использовать.

Выбор — 3- или 6-элементные батареи на 6 или 12 В соответственно. Будем исполь-зовать 12-вольтовые блоки (батареи).

Их необходимое количество составит:

3. Рассчитываем напряжение конца разряда элемента:

4. Рассчитываем емкость батареи. Для этого по табл. 7.3 определяем коэффициент К и рассчитываем емкость по формуле:

5. По результатам расчетов выбираем тип батареи. Она должна быть 12-вольтовой на емкость 24 А-ч. Всего используем 120 таких батарей, соединенных последовательно.

Это упрощенный вариант расчета. Дополнительные поправки могут потребоваться, если батарея будет работать при температуре, отличающейся от комнатной или в широком диапазоне температур. Поправочные коэффициенты приведены в таблице 7.4.

Емкость аккумуляторов от температуры зависит нелинейно. На рис. 7.9 приведены характеристики такой зависимости для свинцово-кислотных аккумуляторов. Для сравнения там же изображена характеристика зависимости емкости никель-кадмиевых аккумуляторов.

Рис. 7.9. Зависимость отдаваемой аккумуляторами емкости от температуры

Контрольные вопросы:

1. Основные типы аккумуляторных батарей, особенности устройства и функционирования;

2. Преимущества и недостатки никель-кадмиевой аккумуляторной батареи;

3. Преимущества и недостатки никель-металлгидридной аккумуляторной батареи;

4. Преимущества и недостатки свинцово-кислотной аккумуляторной батареи;

5. Преимущества и недостатки литий-ионной аккумуляторной батареи;

6. Преимущества и недостатки литий-полимерной аккумуляторной батареи;

7. Значения рекомендуемых напряжений заряженной и разряженной никель-кадмиевой аккумуляторной батареи. Особенности разрядки и зарядки НК АБ в процессе эксплуатации.

8. Значения рекомендуемых напряжений заряженной и разряженной никель-металлгидридной аккумуляторной батареи. Особенности разрядки и зарядки НМГ АБ в процессе эксплуатации.

9. Значения рекомендуемых напряжений заряженной и разряженной свинцово-кислотной аккумуляторной батареи. Особенности разрядки и зарядки СК АБ в процессе эксплуатации.

10. Значения рекомендуемых напряжений заряженной и разряженной литий ионной аккумуляторной батареи. Особенности разрядки и зарядки ЛИ АБ в процессе эксплуатации.

11. Значения рекомендуемых напряжений заряженной и разряженной литий-ион-полимерной аккумуляторной батареи. Особенности разрядки и зарядки ЛИП АБ в процессе эксплуатации.

12. Емкость аккумуляторной батареи, определение, методы регистрации и измерения;