2.3 Сравнительные характеристики аккумуляторных батарей.

Таблица 2.

Принципы расчета аккумуляторных батарей

Исходными величинами для расчета батареи является напряжение и ток нагрузки, а также время ее работы от аккумуляторной батареи. Необходимое напряжение аккумуля-торной батареи должно соответствовать напряжению питания нагрузки. Количество элементов батареи рассчитывают по формуле:

где UH — напряжение нагрузки; 1/эп — напряжение заряженного элемента батареи, которое составляет 1,2 В для никель-кадмиевых и никель-металлгидридных, 2,1 В — для свинцово-кислотных и 3,6 В — для литий-ионных аккумуляторов.

Иногда мощность нагрузки выражается в вольт-амперах (ВА). В этом случае действи-тельную мощность можно рассчитать по формуле:

П ри выборе емкости батареи следует учитывать тип нагрузки, режим работы батареи и время непрерывной работы при питании нагрузки от полностью заряженной батареи.

Например, для питания электрического фонаря, лампочка которого на напряжение 3,6 В потребляет ток 200 мА можно использовать никель-кадмиевые или никель-металлгидридные типоразмеров ААА, АА, С, D. Если использовать три аккумулятора типоразмера D, обеспе-чивающие при последовательном включении напряжение 3,6 В и имеющие емкость 1,8 Ач, то время непрерывной работы фонаря составит:

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.

Р ис. 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.

П ри 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

Р ис. 7.7. Параллельное соединение аккумуляторных батарей

Р ис. 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