Сегодня я хотел бы рассказать и описать особенности различных типов аккумуляторов в разрезе их применения в ИБП и вообще я для автономного длительного энергоснабжения. попробую пояснить разницу между различными типами аккумуляторов, особенности их применения для той или иной ситуации, а также нюансы связанные с зарядом.
Как обычно, напоминаю, чтобы быть постоянно в курсе новых тем в блоге, рекомендую подписаться на мой инстаграмм, где я буду выкладывать уведомления о всех новых темах и возможно писать просто о чем-то интересном - ссылка на аккаунт
И так, начну с того, что скажу, я не занимаюсь продажей аккумуляторов, а также до недавнего времени почти не использовал их дома, просто не было необходимости. Но так как ранее был связан с этой темой, а также через меня прошло больше сотни различных аккумуляторов во время тестов, то накопилась некоторая база для пояснения. Суть в том, что часто аккумулятор используют неправильно и в лучшем случае просто он работает неэффективно, а в худшем, может относительно быстро деградировать. Пример быстрой деградации можно наблюдать в этом ресурсном тесте, где неправильный режим заряда вывел из строя аккумулятор за немногим более чем сотня циклов, при том что если соблюдать безопасные режимы, то даже китайский аккумулятор можно служить долго, что было видно в этом ресурсном тесте.
Также скажу, что будут описаны те типы аккумуляторов, которые вы реально можете найти на рынке, соответственно о всякой экзотике типа серебряно-цинковых, никель-водородных писать и т.п. нет смысла.
Первыми конечно идут свинцово-кислотные аккумуляторы, из здесь их можно охарактеризовать кратким: дешево-сердито.
Да, они доступны, стоят недорого, но пожалуй на этом их преимущества заканчиваются потому как начинаются недостатки, особенно выраженные для наиболее распространенных, стартерных:
1. Ток разряда. Вам конечно будут показывать красивые цифры в 250, 300, 500 ампер, забудьте о них, для стартерных это лишь кратковременный ток, длительно без вреда для себя они могут отдавать не более 0.1-0.15С, где С=емкость аккумулятора в Ач. Т.е. для типового 60Ач аккумулятора длительный тока разряда всего 6-10А или 70-120Вт мощности без учета потерь на инверторе.
2. Буферный режим заряда, обычные свинцово-кислотные аккумуляторы относятся к нему не очень хорошо, а если использовать циклический режим заряда, то в паузе относительно быстро теряют заряд за счет саморазряда.
3. Ток заряда. Кто-то скажет что какая разница, заряжать то я ведь могу когда мне удобно. Нет, не когда удобно, а когда есть возможность, и не как придется, а током всего в те же 0.1-0.15С, т.е. полный заряд (а какой еще может быть после длительного отключения) займет от 7 до 12 часов. Успеет аккумулятор восстановить свой заряд в паузе между отключениями? Не факт.
4. Малый срок службы, да, низкая цена не дается просто так, подобные аккумуляторы вряд ли будут вам служить годами, я бы вообще рассчитывал на год-полтора. но если у вас стоит задача попользоваться какое-то относительно небольшое время, а не использовать годами, то свинцово-кислотный как раз может подойти, попользовался и сдал на переработку.
У меня кстати есть небольшой обзор гелевого аккумулятора для ИБП, там можно оценить падение отдаваемой энергии от тока нагрузки.
Как можно если не решить, то нивелировать указанные выше проблемы.
Малый ток разряда можно компенсировать увеличенной емкостью, например для 120Ач батареи ток разряда будет уже 12-20А или 150-250Вт, что куда как приятнее, ну и никто не мешает вам увеличить емкость еще больше, ток разряда вырастет пропорционально.
Также можно применить тяговые аккумуляторы, они рассчитаны на длительный большой ток разряда, но ценник у них будет выше, а распространенность меньше.
Ток заряда увы компенсировать нечем, либо поднимать за счет ускоренного старения, либо мириться с зарядом за 7-12 часов.
Гелевые являются разновидностью свинцово-кислотных, ключевая разница в том, что у них электролит густой, потому аккумулятор можно ставить в любом положении, ну может разве что лучше не ставить клеммами вниз, хотя в принципе и это допускается.
Часто вы их могли видеть в компьютерных (и не только) ИБП, но они также выпускаются и на большую емкость. Срок службы у таких аккумуляторов может быть больше чем у обычных, но здесь сильно зависит от производителя.
Но с подобными аккумуляторами надо быть внимательным, во первых лучше покупать продукцию известных брендов, например CSB, Yuasa.
Кроме того подобные аккумуляторы отличаются даже в пределах одного типоразмера, я опущу явные подделки со стеклом вместо начинки, но про техническую разницу скажу. Дело в том, что аккумуляторы емкостью 7-9Ач, как раз такие какие стоят в компьютерных ИБП часто ставятся и в других ИБП, например для систем сигнализации, так вот они отличаются отдаваемым током. Т.е. берете вы такой недорогой аккумулятор, ставите себе в ИБП для компьютера и через год неожиданно узнаете что аккумулятор умер. Различить их обычно можно по цене, потому если ставите в устройство где может быть большой ток нагрузки, ставьте только фирменные и специально предназначенные для такого режима работы аккумуляторы, отличаются они не только ценой!
Следующими идут не менее известные и также давно применяемые никелевые аккумуляторы, которые включают в себя различные типы, например никель-кадмиевые и никель-металл-гидридные.
Подобные аккумуляторы вы наверняка видели в радиотелефонах, игрушках, электроинструменте, но такие аккумуляторы выпускаются и на значительно большую емкость и очень давно применяются также и для работы в составе систем бесперебойного питания.
Преимуществ у них на мой взгляд больше чем у свинцово-кислотных, но конечно есть и недостатки.
Из преимуществ отмечу отсутствие необходимости балансировки, при заряде это происходит "автоматически", они более легко переносят переразряд, кислотные в этом плане более "нежные", электрическая совместимость с свинцово-кислотными (10шт никелевых имеют то же напряжение что 12 вольт кислотный), больше срок службы чем у кислотных, возможность длительно отдавать ток в 0.5-1С.
Недостатки, более высокая цена, заметно меньше распространенность, наличие "эффекта памяти", относительно большой саморазряд.
Но кроме указанных выше применяют еще и никель-железные, очень много лет назад, во время предыдущих веерных отключений я себе как-то купил десяток аккумуляторов ТНЖ-450, сухих, но заправлять в итоге не стал, так и продал потом. Емкость такой батареи 450Ач или около 4500Втч, что неплохо даже по современным меркам.
Подобные аккумуляторы актуальны и производятся до сих пор, но постепенно заменяются литиевыми, хотя вы и сейчас можете встретить большие сборки, например на АТС, электротранспорте и т.п.
Литиевые аккумуляторы, наиболее развивающийся тип аккумуляторов, который в свою очередь также имеет как преимущества, так и недостатки.
Условно можно разделить на три типа, и начну с первого, который можно условно назвать "обычные", т.е. на напряжение 3.6-3.7 вольта, хотя на самом деле у них также много отличий.
Данный тип аккумуляторов вам наверняка очень знаком, их вы можете встретить в ноутбуках, планшетах,телефонах, фонарях, электроинструменте, повербанках и еще огромном количестве устройств.
Но используют их и в довольно больших сборках, начиная от велосипедов/самокатов и заканчивая автомобилями, например известной многим Тесла Илона Маска.
В последнее время получают распространение так называемые многокомпонентные литиевые, LpCO, Li-NMC аккумуляторы, у меня даже была пара обзоров подобных ячеек, как мелких, так и довольно ёмких.
С одной стороны они более интересны, потому как имеют больше емкость при том же объеме, ниже стоимость, но к сожалению что "обычные", что мультикомпонентные также имеют общие проблемы, связанные как раз с режимами работы в составе ИБП.
Для начала хоть мультикомпонентные аккумуляторы и проще относятся к буферному режиму работы, но все равно лично на мой взгляд безопаснее использовать их в циклическом режиме, но для этого ваш ИБП или зарядное устройство должно уметь корректно с ними работать.
Однако большая проблема кроется в их напряжении.
Дело в том что ИБП обычно привязаны к напряжению обычного свинцово-кислотного аккумулятора, т.е.12 вольт. На самом деле это среднее напряжение батареи, а полный диапазон составляет около 10-14.5 вольта, в буферном режиме это 13.8 вольта.
Никель-кадмиевая, никель-металл-гидридная, никель-железная система имеет напряжение 0.9-1.45 вольта на ячейку, соответственно при сборке 10 ячеек мы получим диапазон 9-14.5 вольта, что практически эквивалентно обычной свинцово-кислотной батарее.
Но когда мы собираем сборку из "обычных" литиевых аккумуляторов, то получаем рабочий диапазон около 3-4.2 вольта на ячейку и получается что три ячейки мало (9-12.6 вольта), а четыре, много (12-16.8) вольта. Даже если использовать батарею с небольшим недозарядом (что кстати даже полезно), то все равно получим для сборки из четырех ячеек напряжение до 16.4 и некоторые инверторы банально не рассчитаны на такой диапазон работы.
Немного нивелировать ситуацию может применение литиевых аккумуляторов в 24 вольта системе, там вместо типового диапазона 20-27.6 вольта при использовании 7 литиевых ячеек мы получим диапазон 21-29.6 (28.7) вольта, а кроме того современные инверторы для работы с солнечными панелями позволяют гибко регулировать диапазоны рабочих напряжений сборок.
Практически полностью замена свинцово-кислотной батареи на литиевую возможна в 36 вольт сети, где свинцово-кислотная батарея будет иметь диапазон 30-41.4 вольта, а 10 штук литиевых 30-42 вольта, потому заряжаться она будет до 4.15 вольта на ячейку, что даже хорошо.
К сожалению хоть в стандартный ряд напряжений и входит напряжение 36 вольт, но гораздо более распространены инверторы под 12, 24, 48 вольт.
И вот мы наконец-то подобрались к на мой взгляд наиболее интересной разновидности литиевых аккумуляторов, литий-железо-фосфатным, ну или LiFePO4.
Данный аккумуляторы также выпускаются в широком ассортименте размеров, например у меня был обзор совсем мелких ячеек размера 10370 и гораздо более габаритных с емкостью 90Ач. А ведь 90Ач это не предел, спокойно можно купить ячейки емкостью в 280Ач и даже заметно больше.
Также подобные аккумуляторы компонуют в удобные батареи, внешне похожие на автомобильные, хотя корректнее сказать, являющиеся заменой автомобильных., а есть даже варианты корпусов для замены ими батарей для ИБП, чаще всего там применяют ячейки размера 32700, у меня было несколько обзоров, первый, второй и третий, кстати все они сейчас задействованы для работы с ИБП. Но вообще обзоров LiFePO4 у меня уже было достаточно много.
Дело в том, что у аккумуляторов LiFePO4 диапазон рабочих напряжений составляет около 2.5-3.65 вольта, соответственно сборка из 4 штук даст диапазон 10-14.6 что полностью эквивалентно свинцово-кислотному аккумулятору на 12 вольт.
Кроме того аккумуляторы LiFePO4 гораздо лучше относятся к буферному режиму работы, но для этого надо поддерживать напряжение окончания заряда около 3.45 вольта на ячейку, или 13.8 вольт на сборку из 4 аккумуляторов, что также полностью совпадает с напряжением буферного режима для свинцово-кислотных аккумуляторов.
Также LiFePO4 аккумулятор гораздо безопаснее чем "обычные", особенно это критично при применении их в составе систем бесперебойного питания.
Есть конечно и некоторые недостатки, во первых цена, подобные аккумуляторы заметно дороже чем свинцово кислотные, но так как имеют и гораздо больше срок службы, то выгоднее в перспективе. Второй недостаток, необходимость использования балансира (обязательно) и платы защиты (желательно). Плата защиты нужна на случай "перекоса" напряжений при окончании заряда и разряда, но если у вас ячейки имеют очень близкую емкость и используется балансир, то можно сузить диапазон рабочих напряжений инвертора чтобы не происходил выход за рабочие границы для каждой из ячеек.
Еще один интересная разновидность литиевых аккумуляторов это литий-титанатные или LTO.
Данные аккумуляторы также выпускаются в разных формфакторах, чаще это цилиндры с болтовыми клеммами или призматические в металлическом корпусе, но иногда можно встретить более привычный размер 18650, у меня даже был обзор таких аккумуляторов и еще более необычные, в корпусе похожем на обычный электролитический конденсатор.
Преимущество данного типа аккумуляторов в том, что они имеют очень большой срок службы, большой отдаваемый ток, широкий диапазон рабочих температур и безопасны в использовании, а кроме того их рабочий диапазон напряжений составляет около 1.8-2.4 вольта, что в сборке из шести штук дает диапазон 10.8-14.4 вольта, что также сходно с рабочим напряжением свинцово-кислотного аккумулятора.
Собственно подобные аккумуляторы часто и продают лотами по 6 штук, впрочем также продают и LiFePO4, только кратно четырем штукам.
Недостатков у подобных аккумуляторов два, цена и плохое соотношение емкость/объем.
Перед тем как перейти к подведению итогов скажу пару слов о грейдах (grade) литиевых аккумуляторов.
Часто на странице товара вы можете увидеть надписи типа: Grade-A или Grade-B. полностью достоверной информации у меня нет, но насколько мне известно, по сути это аналог первого и второго сорта. Т.е. после изготовления аккумулятор проверяется на соответствие техническим характеристикам и внешнему виду, соответственно если у него емкость или импеданс (внутреннее сопротивление) не вписывается в значения определенные для первой группы, то они идут в менее критичные задачи. Туда же идет аккумуляторы с возможными механическими повреждениями. Но это не означает что аккумуляторы Grade-B плохие, чаще у них просто немного больше разброс характеристик, потому к примеру батарея будет иметь чуть меньше емкость, на сроке службы обычно это никак не отражается, а цена у них ниже.
Отдельно скажу про аккумуляторы с алиэкспресс. Как показала моя личная практика, даже те аккумуляторы, которые изначально были более-менее живые, хотя и с большим разбросом характеристик, через время могут просто вспухнуть, причем даже без использования, просто после цикла заряд-разряд.
Речь идет например про эти аккумуляторы, они мне еще тогда не понравились, но решил что может все таки применю. И вот стояли они с момента публикации обзора, а когда началась война, решил на всякий случай сделать себе батарею, телефон хотя бы зарядить, может еще что-то. собрал, зарядил, все нормально, ну и отставил почти на пол года. В конце лета решил сделать им цикл разряд/заряд, так уже в конце разряда их раздуло, а когда начал заряжать, то процесс пришлось остановить, банально побоялся что их просто разорвет...
Жалко конечно, сейчас они бы мне очень пригодились, в итоге почти все висит на батарее 4S4P из 32700 ячеек. :(
И так, аккумуляторов много, но что лучше выбрать и здесь все полностью зависит от задачи и наличия финансов.
Свинцово-кислотные.
Для начала обычные или гелевые. по большому счету гелевые конечно лучше, не скажу что глобально, но моя практика показывает что работают они дольше. Стоимость гелевых конечно при этом больше, потому здесь вам решать "иметь или не иметь".
Ну и по поводу свинцово-кислотных вообще.
Если у вас стоит задача просто пережить трудное время и вы не хотите тратить много денег, а также не хотите заморачиваться со сборкой батареи, платами защиты, балансирами и вас не смущает большой вес, то подобная батарея это ваш выбор. Справедливости ради стоит сказать, что балансиры для кислотных батарей также существуют, применяются когда используется несколько последовательно включенных батарей.
Кроме того следует помнить, что свинцово-кислотную батарею не получится зарядить быстро, потому если у вас маленькие паузы между отключениями света, ну или света скорее нет, чем есть, то быстро зарядить ее в паузе между отключениями не получится.
Никелевые.
Аккумуляторы сами по себе хорошие, но производят их не очень много, да и то чаще для промышленных нужд, здесь речь конечно не о мелочи типа АА и т.п. Грубо говоря, если они вам случайно попались, стоят недорого и в нормальном состоянии, то почему бы и нет, а покупать новые специально для автономного питания, я бы задумался...
"Обычные" и многокомпонентные литиевые аккумуляторы.
Про использования "обычных" я бы в контексте ИБП забыл бы сразу, слишком много проблем, многокомпонентные уже получше, особенно в плане безопасности. Но как я писал, неудобное напряжение, обязательный контроль напряжения на ячейках, некоторые сложности с буферным режимом добавляют определенные проблемы, причем на мой взгляд самой большой является именно напряжение. В общем скорее на любителя.
Литий-железо-фосфатные
Как по мне, то если вы планируете чтобы ваша батарея служила относительно долго, была безопасной, быстро могла заряжаться, пожалуй это ваш выбор. Стоят такие аккумуляторы дороже чем свинцово-кислотные, но так как являются неприхотливыми в работе, обеспечивающими большее количество циклов, малым снижением энергоотдачи при больших токах нагрузки, способностью долго работать при больших токах, а также возможностью полного заряда за пару часов, то думаю что эта разница того стоит.
Из недостатков кроме цены необходимость применения балансира и платы защиты, а также сборка всего этого, хотя по объявлениям можно найти людей которые вам все это соберут вместе, за некоторое вознаграждение конечно.
Литий-титанатные
Пожалуй из ключевых недостатков только цена, т.е. это решение, когда хочется дорого-качественно без компромиссов, а с учетом огромного срока службы, то чаще это собрал-забыл как менять. Но собирать такую батарею я бы наверно не стал, пожалуй именно из-за цены, особенно с учетом того, что работы почти нет :(
Пока с аккумуляторами все, в следующей части хотел бы пояснить по поводу собственно сборки батареи, подбора аккумуляторов, расчета собственно сборки и т.п. но возможно у вас найдутся более интересные вопросы и темы для статьи и я изменю свое решение, пишите, не стесняйтесь, для меня это важно ;)
https://www.kirich.blog/stati/informaciya-dlya-nachinayuschih/1116-osobennosti-avtonomnogo-pitaniya-ili-chto-delat-v-sluchae-veernyh-otklyucheniy-chast-3-akkumulyatory.html
