Что такое глубокая разрядка аккумулятора? Распространенные ошибки, сокращающие срок службы аккумулятора

Глубокая разрядка аккумулятора — это наиболее распространенная проблема в системах хранения энергии, которая напрямую влияет на срок службы аккумулятора. Особенно в системах солнечной энергии, автофургонах и морских судах, источниках бесперебойного питания и телекоммуникационных системах питания аккумуляторы регулярно подвергаются циклам зарядки и разрядки. Однако разрядка аккумулятора до очень низкого уровня может привести к необратимым деформациям его внутренней химии. Это не только сокращает срок службы аккумулятора, но и снижает энергоэффективность, нарушает стабильность системы и приводит к непредвиденным дополнительным затратам. Понимание того, что такое глубокая разрядка, почему она возникает и как ее можно предотвратить, является основой правильной стратегии управления аккумуляторами.

Что такое глубокая разрядка аккумулятора?

Глубокая разрядка — это ситуация, когда используется более 80 % емкости аккумулятора или номинальное напряжение аккумулятора опускается ниже безопасных рабочих значений. Например, для 12-вольтного аккумулятора безопасная граница составляет около 11,8 В. Падение напряжения ниже этого значения вызывает химические изменения в структуре элементов. Глубокая разрядка может привести к необратимым повреждениям, особенно в гелевых и AGM-аккумуляторах. В литиевых аккумуляторах глубокая разрядка может привести к полному отключению элементов.

Глубокая разрядка аккумуляторных систем обычно возникает из-за высокого энергопотребления, неправильного выбора емкости или длительного отсутствия зарядки. Чем чаще это происходит, тем короче общий срок службы аккумулятора.

Влияние глубокой разрядки на химический состав аккумулятора

Аккумуляторы хранят химическую энергию благодаря электролиту и структуре пластин. При глубокой разрядке структура пластин начинает разрушаться, и в частности в свинцово-кислотной группе происходит конденсация сульфатных кристаллов. Это изменяет кислотный баланс электролита и снижает емкость аккумулятора.

Когда сульфатация становится постоянной, аккумулятор не может обеспечить требуемый ток и напряжение, даже если он полностью заряжен. То есть аккумулятор выглядит заряженным, но его функциональная емкость значительно снижена. Этот химический процесс необратим и приводит к сокращению срока службы аккумулятора.

Почему глубоко разряженный аккумулятор теряет емкость?

При глубокой разрядке активные вещества в аккумуляторе повреждаются, что приводит к снижению эффективности химических реакций внутри аккумулятора. Это приводит к снижению емкости. Чем чаще аккумулятор подвергается глубокой разрядке, тем быстрее снижается его рабочая емкость.

Потеря мощности проявляется следующим образом:

• Аккумулятор разряжается быстрее.
• После зарядки он хранит меньше энергии.
• Время зарядки увеличивается.
• Аккумулятор под нагрузкой быстрее теряет напряжение.

Связь между циклом жизни аккумулятора (Cycle Life) и глубиной разряда

Каждая батарея имеет определенный цикл жизни. Цикл жизни означает, сколько раз батарея может пройти от полной зарядки до полной разрядки. С увеличением глубины разряда количество циклов уменьшается. Например, гелевые аккумуляторы с глубоким циклом обеспечивают 1200 циклов при уровне разряда 50 %, а при уровне разряда 80 % это значение может снизиться до 600 циклов.

Поэтому использование аккумулятора всегда в диапазоне емкости 50–70 % значительно продлевает его срок службы.

AGM, гелевые и литиевые аккумуляторы: различия в глубокой разрядке

Аккумуляторы AGM: Более чувствительны к глубокой разрядке, и при частой глубокой разрядке их емкость быстро снижается.

Гелевые аккумуляторы: обладают более высокой производительностью при глубоком цикле заряда-разряда и лучше переносят разрядку до 70 %. Поэтому они широко используются в солнечных и мобильных системах.

Литиевые батареи: благодаря системе управления батареями (BMS) защищают элементы и автоматически отключаются при глубокой разрядке. Однако литиевые элементы, которые остаются выключенными в течение длительного времени, могут быть необратимо повреждены.

Причины частого возникновения глубокой разрядки в солнечных системах

• Недостаточный выбор мощности солнечной панели
• Низкая емкость аккумулятора
• Неправильный расчет потребления груза
• Неправильные настройки регулятора заряда
• В зимние месяцы низкая продолжительность солнечного освещения

Установка солнечных систем без расчета емкости аккумулятора является наиболее распространенной причиной глубокой разрядки.

Неправильные привычки зарядки и разрядки, сокращающие срок службы аккумулятора

• Не заряжать аккумулятор до полной емкости
• Часто полностью разряжать аккумулятор
• Использование неправильного напряжения зарядки
• Высокоточный разряд

Это значительно снижает как срок службы аккумулятора, так и его эффективность.

Проблемы с перегрузкой, тонким кабелем и потерями

Системная проводка играет решающую роль в эффективности аккумулятора. Тонкие кабели нагреваются при передаче тока и вызывают потери мощности. Это приводит к ненужному увеличению энергопотребления аккумулятора и его более быстрому разряду.

Сечение кабеля всегда должно быть правильно подобрано в соответствии с током нагрузки.

Влияние выбора устройства контроля заряда аккумулятора на глубокую разрядку

Устройство контроля заряда является критически важным компонентом, предотвращающим чрезмерную разрядку аккумулятора. Регуляторы MPPT обеспечивают более эффективную и стабильную зарядку аккумулятора, а также более высокую эффективность по сравнению с регуляторами PWM. Кроме того, большинство устройств MPPT оснащены функцией защиты от глубокой разрядки.

Неправильная настройка может привести к быстрому износу аккумулятора.

Практические решения для предотвращения глубокой разрядки

• Рассчитайте емкость аккумулятора в соответствии с реальными потребностями.
• Настройте параметры регулятора заряда в соответствии с типом аккумулятора.
• При выборе литиевых аккумуляторов обязательно отдавайте предпочтение моделям, оснащенным системой BMS.
• При необходимости добавьте в систему дополнительный солнечный панель или второй аккумулятор.
• Подключите устройства с высоким потреблением тока к отдельной цепи.

Эти простые меры повышают производительность аккумулятора и снижают долгосрочные затраты.