Kas yra plūduriuojanti įtampa?

Slankioji įtampa – tai įtampos lygis, taikomas visiškai įkrautai baterijai, siekiant išlaikyti jos įkrovą kompensuojant savaiminį{0}}iškrovimą. Ši priežiūros įtampa apsaugo nuo per mažo ir per didelio įkrovimo, todėl akumuliatorius yra paruoštas nedelsiant naudoti atsarginėse maitinimo sistemose, avarinėje įrangoje ir atsinaujinančios energijos įrenginiuose.

Baterijos nebūna įkrautos neribotą laiką. Net ir atjungus nuo bet kokios apkrovos, visos baterijos savaime-išsikrauna-laipsniškai įkraunamos dėl vidinių cheminių reakcijų. Švino-rūgšties akumuliatoriai kas mėnesį kambario temperatūroje praranda maždaug 3–5 % talpos, o kai kurios ličio cheminės medžiagos praranda 1–3 %.

Slankusis įkrovimas išsprendžia šią problemą, taikant pastovią žemą įtampą, kuri papildo būtent tiek, kiek akumuliatorius praranda savaime{0}}išsikrovus. Įkroviklis ir akumuliatorius veikia lygiagrečiai, o įkroviklis tiekia tik tiek srovės, kad išlaikytų visą baterijos talpą, nesukeliant perteklinės srovės, kuri sugadintų elementus.

Ši koncepcija tampa labai svarbi budėjimo režimo programose. Duomenų centrų nepertraukiamo maitinimo šaltiniams reikia 100 % baterijų, kai sugenda tinklas. Nutrūkus elektros tiekimui, avarinio apšvietimo sistemos turi įsijungti akimirksniu. Pagal šiuos scenarijus reikia akumuliatorių, kurie nenaudojami ištisus mėnesius, tačiau būtų visiškai įkrauti-, būtent tokią, kokią užtikrina plūduriuojanti įtampa.

Float Voltage

Skirtingiems akumuliatorių tipams reikia aiškiai skirtingų plūduriuojančių įtampų, o naudojant netinkamą įtampą akumuliatoriaus tarnavimo laikas gali sutrumpėti arba gali kilti pavojus saugai.

Švino{0}}rūgštinių baterijų, įskaitant užtvindytus, AGM ir gelinius variantus,-nustatytas plūduriuojančios įtampos diapazonas. Esant 25 laipsnių (77 laipsnių F) temperatūrai, standartas yra maždaug 2,25–2,30 voltų viename langelyje. Įprastai 12 V baterijai su šešiais elementais tai reiškia 13,5–13,8 V.

Užlieti švino-rūgštiniai akumuliatoriai paprastai plūduriuoja esant 13,4 V (2,23 V vienam elementui), t. y. šiek tiek žemesnio nei sandarių variantų, kad būtų sumažintas vandens praradimas dėl elektrolitų dujų susidarymo. AGM akumuliatoriai patogiai veikia esant 13,5–13,6 V įtampai, o geliniai akumuliatoriai teikia pirmenybę 13,1–13,3 V dėl jautrumo perkrovos įtampai.

Šios vertės nėra savavališkos. Esant plūduriuojančiai įtampai, baterija priima minimalią srovę, -paprastai mažiau nei 1 % amper-valandos talpos. 100 Ah akumuliatorius gali sunaudoti tik 0,5-1 amper slankiojo įkrovimo metu, tiek, kad būtų išvengta savaiminio išsikrovimo nepažeidžiant akumuliatoriaus cheminių savybių.

Temperatūra smarkiai paveikia optimalią plūdės įtampą. Elektrocheminės reakcijos švino-rūgštiniuose baterijose greitėja nuo karščio ir lėtėja šaltyje. Pramonės standartinė temperatūros kompensacija yra maždaug -3,9 mV vienam laipsniui vienai ląstelei. 12 V akumuliatoriui tai yra apie -23 mV vienam laipsniui visam paketui.

Apsvarstykite praktinį pavyzdį: 12 V užtvindytas akumuliatorius su 13,4 V plūduriuojančia įtampa 25 laipsnių kampu. Jei aplinkos temperatūra pakyla iki 35 laipsnių (padidėjus 10 laipsnių), kompensuojama plūdinė įtampa tampa 13,17 V. Be šio reguliavimo aukštesnė įtampa esant aukštesnei temperatūrai sukeltų pernelyg didelį dujų susidarymą ir vandens praradimą. Ir atvirkščiai, esant 15 laipsnių, plūduriuojanti įtampa turėtų padidėti iki 13,63 V, kad būtų išvengta per mažo įkrovimo vėsesnėmis sąlygomis.

Ličio baterijos pateikia sudėtingesnį vaizdą. Nors švino-rūgštiniai akumuliatoriai buvo sukurti atsižvelgiant į plūdinį įkrovimą, ličio chemines medžiagas-ypač ličio-jonus- reikia atidžiai apsvarstyti prieš naudojant pastovią plūduriuojančią įtampą.

Tinkamai sukonfigūruotos LiFePO4 (ličio geležies fosfato) baterijos gali toleruoti plūduriuojantį įkrovimą. Rekomenduojama plūdinė įtampa svyruoja nuo 3,35 iki 3,45 V viename elemente (13,4–13,8 V 12 V paketui). Tačiau net LiFePO4 ląstelės sensta greičiau, kai jos ilgą laiką laikomos esant maksimaliai įtampai.

Standartinėms ličio{0}}jonų ląstelėms (NMC, NCA cheminėms medžiagoms) kyla didesnė rizika. Šios ląstelės paprastai įkraunamos iki 4,2 V viename elemente, tačiau nuolat jas laikant tokia įtampa, elektrodų medžiagos patiria įtampą. Katodas patiria struktūrinius pokyčius, ant anodo gali atsirasti ličio dengimas, o šalutinės reakcijos pagreitina elektrolito skilimą.

Štai kurličio jonų akumuliatoriaus įkroviklisdizainas tampa kritinis. Kokybiški ličio jonų akumuliatorių įkrovikliai paprastai nenaudoja tikrojo plūduriuojančio įkrovimo. Vietoj to, jie taiko „saugyklos įtampos“ strategiją,{2}}įkraunama gal iki 3,9–4,0 V viename elemente, o tada atjungiama ir vėl prijungiama tik tada, kai įtampa nukrenta žemiau slenksčio. Tai apsaugo nuo nuolatinio tradicinio plūdinio įkrovimo įtampos įtampos.

Ličio baterijų baterijų valdymo sistemos (BMS) nuolat stebi elementų įtampą. Kai bandoma įkrauti plūduriuojančią sistemą, BMS turi užtikrinti nepriekaištingai subalansuotus elementus ir tikslų įtampos valdymą. Net 50–100 mV viršija rekomenduojamą įtampą gali sukelti pagreitintą degradaciją.

Praktinė reikšmė: dauguma ličio jonų akumuliatorių įkroviklių gamintojų nerekomenduoja nuolatinio ličio -jonų akumuliatorių įkrovimo plūduriuojant. Vietoj to, jie rekomenduoja periodiškai „papildyti“ -įkrauti arba saugoti 80-90 % įkrovimo būseną, kai naudojamos ilgalaikės parengties režimo programos.

Float Voltage

Plūduriuojanti įtampa neegzistuoja atskirai-tai paskutinė trijų-fazių įkrovimo proceso, kurį dauguma šiuolaikinių akumuliatorių įkroviklių naudoja švino-rūgšties ir kai kurioms ličio cheminėms medžiagoms, etapas.

Masinis etapas tiekia maksimalią srovę, kad greitai atkurtų akumuliatoriaus talpą. Kai akumuliatorius labai išsikrovęs,-tarkime, mažesnis nei 80 % talpos-, jis gali priimti didelį srovės greitį. Tinkamo dydžio įkroviklis pateiks 15-25% akumuliatoriaus talpos amperais. 100 Ah baterija gali gauti 15–25 amperų masinio įkrovimo metu.

Didėjant akumuliatoriaus įkrovimo būsenai, įtampa nuolat kyla masinio įkrovimo metu. 12 V švino-rūgštinio akumuliatoriaus įtampa gali pakilti nuo 11,5 V, kai ji labai išsikrauna, iki maždaug 14,4 V iki masinio etapo pabaigos. Įkroviklis palaiko pastovią srovę, o įtampa atitinka akumuliatoriaus priėmimą.

Masinio įkrovimo metu atstatoma apie 80 % akumuliatoriaus talpos. Šis etapas yra gana greitas-giliai išsikrovęs 100 Ah akumuliatorius gali užbaigti masinį įkrovimą per 3–5 valandas naudojant 20 amperų įkroviklį.

Kai akumuliatoriaus talpa artėja prie 80-90 %, jo gebėjimas priimti srovę mažėja. Įkroviklis persijungia į sugerties režimą, išlaikydamas pastovią įtampą (paprastai 14,4–14,8 V, kai 12 V švino rūgštis), o srovė natūraliai mažėja.

Absorbcijos metu įkrovimo srovė gali nukristi nuo 15 amperų iki 5 amperų, o tada iki 2 amperų, kai baterija artėja prie visos talpos. Akumuliatoriaus plokštelėse vykstančios cheminės reakcijos sulėtina-aktyvių medžiagų vietas, o vidinė varža šiek tiek padidėja.

Šis etapas trunka ilgiau nei masinis, nepaisant to, kad atkuriama tik 10{5}}20 % talpos. Ta pati 100 Ah baterija gali praleisti 3-4 valandas sugerties režimu. Įkroviklis paprastai stebi srovę, laukdamas, kol ji nukris žemiau slenksčio – galbūt C/50 (2 amperai 100 Ah akumuliatoriui) – prieš pereinant prie plūduriuojančio režimo.

Kai absorbcija baigiasi, įkroviklis sumažina įtampą iki plūduriuojančio lygio. Mūsų 12 V švino-rūgšties pavyzdyje įtampa nukrenta nuo 14,4 V iki 13,5 V. Srovė iš karto nukrenta iki minimalaus lygio-dažnai žemiau 1 amper.

Akumuliatorius dabar iš esmės „ilsisi“ visiškai įkrautas. Žema plūduriuojanti įtampa apsaugo nuo didelės-srovės įkrovimo, dėl kurio gali susidaryti dujos užtvindytose baterijose arba įtempti sandariai uždarytose baterijose. Minimali srovė paprasčiausiai pakeičia tai, ką baterija praranda savaime-išsikraunant.

Šiuolaikiniai trijų{0}}pakopų įkrovikliai gali veikti plūduriuojančiu režimu neribotą laiką. Akumuliatorius, prijungtas prie tinkamo plūduriuojančio įkroviklio, gali stovėti mėnesius ar net metus, o prireikus visada pasiruošęs tiekti visą pajėgumą. Dėl to plūduriuojantis įkrovimas idealiai tinka UPS sistemų budėjimo baterijoms, avariniam apšvietimui ir signalizacijos sistemoms.

Duomenų centrai labai priklauso nuo tinkamo plūduriuojančios įtampos valdymo. Įprastoje UPS instaliacijoje gali būti dešimtys 12 V baterijų nuosekliai, kad būtų sukurta 480 V ar aukštesnė nuolatinės srovės magistralės įtampa. Šios baterijos plūduriuoja nuolat, kartais net metus tarp išsikrovimo įvykių.

UPS baterijų įkrovikliai paprastai palaiko akumuliatorių gamintojo -nurodytą plūduriuojančią įtampą-, dažnai 2,27 V vienai VRLA (vožtuvų-reguliuojamų švino-rūgštinių) baterijų elementui. Temperatūros jutikliai nuolat reguliuoja šią įtampą. 480 V UPS su 20 dvylikos voltų baterijomis nuosekliai reikia tiksliai reguliuoti įtampą visuose 240 elementų.

Iššūkis sustiprėja senstant akumuliatoriui. Akumuliatoriams senstant, jų savaiminio{1}}iškrovimo greitis gali padidėti, todėl gali prireikti šiek tiek kitokios plūduriuojančios įtampos. Pažangiosiose UPS sistemose stebima per -styginę įtampą, kad aptiktų sugedusias baterijas, kurios naudoja per didelę plūduriuojančią srovę-, o tai rodo trumpų jungčių ar išdžiūvusių{5}} elementų požymį.

Ne{0}}tinkliniai saulės energijos įrenginiai kelia unikalių plūduriuojančio įkrovimo iššūkių. Saulėtomis dienomis baterijos visiškai įkraunamos kelias dienas ar savaites, o tada išsikrauna, kai oras užsitęsęs debesuota.

Saulės įkrovos valdikliai naudoja sudėtingus plūduriuojančius algoritmus. Dienos metu, kai akumuliatoriai visiškai įkrauna, valdiklis sumažina skydo įtampą iki plūduriuojančio lygio. Tai apsaugo nuo perkrovimo ir leidžia plokštėms tiesiogiai maitinti buitines apkrovas. Naktį, kai plokštės negamina energijos, plūduriuojantis įkrovimas akivaizdžiai sustoja, o baterijos pradeda išsikrauti.

Pagrindinis skirtumas nuo UPS programų yra važiavimas dviračiu. Saulės baterijos gali plaukti 8–12 valandų kasdien, išsikrauti per naktį, o kitą dieną įkrauti. Šiam modeliui reikalingas tvirtesnis temperatūros kompensavimas, nes akumuliatoriaus temperatūra gali labai svyruoti nuo dienos iki nakties.

Transporto priemonių baterijos turi skirtingą plūduriuojančio įkrovimo scenarijų. Kai variklis veikia, generatorius įkraunamas esant didelei įtampai (14,2–14,4 V). Tačiau šiuolaikiniuose kintamosios srovės generatoriuose yra išmaniųjų reguliatorių, kurie sumažina įtampą, kai akumuliatorius visiškai įkraunamas, o tai iš esmės užtikrina nuolatinį įkrovimą vairuojant.

Jūrų akumuliatorių sistemos dažnai atskiria namų baterijas (šviesoms ir elektronikai) nuo starterio akumuliatorių. Namų baterijos gali likti įkraunamos iš kranto arba saulės baterijų, kol valtis stovi prie doko. Kokybiški jūriniai akumuliatorių įkrovikliai užtikrina kelių-bankų įkrovimą su nepriklausomais slankiosios įtampos nustatymais skirtingiems akumuliatorių bankams.

Norint gauti tinkamą plūduriuojančią įtampą, reikia atkreipti dėmesį į kelis veiksnius, išskyrus pagrindines įtampos specifikacijas.

Be temperatūros kompensavimo kenčia akumuliatoriai. Akumuliatorius, esantis 40 laipsnių įrangos patalpoje, gaunantis 13,8 V, patiria tokį patį įtampą kaip ir 25 laipsnių akumuliatorius, gaunantis 14,2 V-abu gerokai viršija saugią plūduriuojančią įtampą pagal faktinę temperatūrą.

Kokybiškuose akumuliatorių įkrovikliuose yra temperatūros jutikliai. Jutiklis gali būti vidinis (jei įkroviklis turi bendrą korpusą su baterijomis) arba nuotolinis (zondas, esantis ant baterijų arba šalia jų). Įkroviklio mikrovaldiklis automatiškai reguliuoja išėjimo įtampą pagal temperatūros rodmenis.

Kompensacijos apskaičiavimas yra nesudėtingas: 12 V švino -rūgštiniam akumuliatoriui su 6 elementais ir 13,5 V bazine plūdine 25 laipsnių kampu naudokite -3,9 mV/laipsnį × 6 elementus=-23.4mV/laipsnis . Jei akumuliatoriaus temperatūra yra 30 laipsnių, sureguliuokite įtampą (30–25) × -0,0234 V=-0.117V, kad gautumėte 13,38 V.

Plūdės srovė atskleidžia akumuliatoriaus būklę. Sveikas akumuliatorius plūduriuojančiu režimu turėtų sunaudoti mažiau nei 1 % savo Ah nominalo amperais. Žymiai didesnė srovė rodo problemas: vidinius šortus, išdžiūvusius -elementus užtvindytuose akumuliatoriuose arba sulfataciją dėl ankstesnio nepakankamo įkrovimo.

Pažangios baterijos stebėjimo sistemos seka plūduriuojančias srovės tendencijas laikui bėgant. Laipsniškas padidėjimas dažnai įvyksta prieš akumuliatoriaus gedimą mėnesiais, o tai įspėja, kad reikia planuoti pakeitimą per techninės priežiūros langus, o ne netikėtus gedimus.

Keletas spąstų reguliariai kamuoja plūdinio įkrovimo sistemas. Galbūt dažniausiai naudojamas įkroviklis, skirtas vienai akumuliatoriaus cheminei medžiagai, su kitu. Gelinis akumuliatorius ant užtvindyto akumuliatoriaus įkroviklio, gaunantis 13,8 V, o ne reikiamą 13,2 V, perkais ir per anksti suges.

Kita dažna klaida yra temperatūros kompensavimo nepaisymas aplinkoje, kurioje yra dideli temperatūros pokyčiai. Lauko telekomunikacijų spintoje esantis akumuliatoriaus bankas gali patirti temperatūrą nuo -10 laipsnių iki 50 laipsnių per metus. Be kompensacijos, vasarą akumuliatoriai nuolat perkraunami, o žiemą – per mažai, todėl drastiškai sutrumpėja jų tarnavimo laikas.

Taip pat problemų kyla dėl perėjimo nuo absorbcijos prie plūduriavimo. Kai kurie žemos-kokybės įkrovikliai niekada nesumažina įtampos iki tinkamo plūduriuojančio lygio, o neribotą laiką palaiko akumuliatorių sugerties įtampą. Tai veikia valandas ar net dienas, bet sukelia kaupiamą žalą per savaites ir mėnesius nuolatinio ryšio.

Float Voltage

Tyrimai nuolat rodo, kad tinkamas plūduriuojantis įkrovimas gali žymiai pailginti akumuliatoriaus veikimo laiką. Švino-rūgščių akumuliatoriai, palaikomi teisinga plūduriuojančia įtampa ir temperatūros kompensavimu, gali tarnauti 8–10 metų budėjimo režimu, palyginti su 4–5 metais, kai plūduriuojanti įtampa yra blogai valdoma.

Mechanizmas nesudėtingas: per didelis įkrovimas sukelia tinklo koroziją švino-rūgštiniuose akumuliatoriuose ir pagreitina aktyvių medžiagų išsiskyrimą. Dėl nepakankamo įkrovimo sulfatavimo-švino sulfato kristalai išauga dideli ir kietėja, todėl jų talpa visam laikui sumažėja. Plūdės įtampa pasiekia saldžiąją vietą, kur nė vienas reiškinys nedominuoja.

Ličio baterijų ilgaamžiškumas yra naudingas vengiant nuolatinės aukštos įtampos. Laikant ličio -jonų elementą esant 4,2 V, palyginti su 3,9 V, ciklo trukmė gali sutrumpėti 30–40 %. Kokybiški ličio jonų baterijų įkrovikliai apima šias žinias, arba visiškai išvengia plūdinio įkrovimo, arba nustato įtampos ribas, gerokai žemesnes nei maksimali įkrovimo įtampa.

Pirmenybė visada turėtų būti teikiama akumuliatorių gamintojų specifikacijoms. Nors bendrosiose gairėse pateikiami atspirties taškai, konkrečioms baterijoms dažnai taikomi unikalūs reikalavimai, pagrįsti jų vidine konstrukcija, elektrodų medžiagomis ir numatomu pritaikymu.

Slankusis įkrovimas nėra vienintelis būdas išlaikyti akumuliatorių, nors jis yra labiausiai paplitęs stacionariuose įrenginiuose.

Įkraunant srovę, naudojama nuolatinė žema srovė, o ne nuolatinė įtampa. Šiam senesniam metodui trūksta plūduriuojančio įkrovimo intelekto ir jis gali perkrauti baterijas, jei tekėjimo srovė viršija savaiminio{1}}iškrovimo srovę. Šiuolaikiniai trijų-pakopų įkrovikliai dėl geros priežasties iš esmės pakeitė paprastus įkroviklius.

Impulsinis įkrovimas naudoja pertraukiamus srovės impulsus, o ne nuolatinę įtampą. Kai kurie gamintojai teigia, kad impulsinis įkrovimas sumažina sulfataciją švino -rūgštiniuose akumuliatoriuose, tačiau įrodymai yra prieštaringi. Impulsinis įkrovimas yra mažiau paplitęs pagrindinėse programose.

Ličio baterijų atveju „saugojimo režimo“ įkrovimas sulaukė palankumo. Įkroviklis periodiškai tikrina įtampą ir papildomai įkrauna-, jei įtampa nukrenta žemiau slenksčio, tada atsijungia. Taip išvengiama nuolatinio tradicinio plūdinio įkrovimo prijungimo, o baterijos yra paruoštos naudoti.

Plūduriuojanti įtampa yra pagrindinis šiuolaikinės baterijos priežiūros aspektas, ypač budėjimo režimo maitinimo sistemose. Švino-rūgštiniai akumuliatoriai, pasižymintys gerai -apibūdintu elgesiu ir dideliu savaiminio-iškrovimo greičiu, buvo praktiškai sukurti plūduriuojančiam įkrovimui. Įtampa yra pakankamai žema, kad būtų išvengta žalos, tačiau pakankamai aukšta, kad būtų galima išlaikyti visą įkrovą neribotą laiką.

Ličio baterijos reikalauja daugiau niuansų. Vis dažniau naudojami ličio jonų akumuliatorių įkrovikliai atsarginės energijos tiekimo programose, todėl reikia suprasti, kad tradicinis plūduriuojantis įkrovimas gali būti netaikomas. Daugelis ličio baterijų veikia geriau periodiškai įkraunant{2}}, o ne nuolat naudojant įtampą.

Negalima pervertinti temperatūros vaidmens. Akumuliatorių elektrochemija stipriai reaguoja į šilumines sąlygas, todėl temperatūros kompensavimas yra būtinas bet kuriai plūduriuojančiai įkrovimo sistemai, veikiančiai įvairiose aplinkose.

Tinkamas plūduriuojantis įkrovimas kartu su kokybiškais įkrovikliais ir tinkama priežiūra paverčia baterijas iš eksploatacinių medžiagų, kurias reikia dažnai keisti, į patikimą ilgalaikį turtą. Nedidelės investicijos į gerą įkrovimo įrangą atsiperka dėl ilgesnio akumuliatoriaus veikimo laiko ir patikimos atsarginės energijos, kai tai yra svarbiausia.