Metody ładowania dla pracy cyklicznej

Metody ładowania dla pracy cyklicznej
●
Stałonapięciowa



konieczny szeregowo włączony
opornik dla ograniczenia prądu
prosty układ, ale dodatkowe
straty mocy
konieczna ścisła kontrola
czasu ładowania
●
Stałego napięcia lub prądu



w etapie 1. stały prąd
w etapie 2. stałe napięcie
stabilizator napięcia
z ograniczeniem prądowym
(w sprzężeniu zwrotnym)
Łukasz Starzak, Przetwarzanie energii elektrycznej w fotowoltaice, lato 2015/16
24
Wpływ charakterystyki wyjściowej stabilizatora
na przebieg ładowania
Łukasz Starzak, Przetwarzanie energii elektrycznej w fotowoltaice, lato 2015/16
25
Zasady ładowania dla pracy buforowej
●
Napięcie ładowania powinno być
bardzo dokładnie ustalone


●
konieczny pomiar i regulacja po
podłączeniu akumulatora do
układu ładowania
wymagana dokładność miernika
0,5%
Skutki niedopasowania napięcia


zbyt niskie skróci czas życia
zbyt wysokie grozi
przeładowaniem ⇒ emisja
gazów, skrócenie czasu życia,
uszkodzenie
●
Istotne uwzględnienie wpływu
temperatury




nawet niewielkie niedopasowanie
napięcia może znacząco skrócić
czas życia
odpowiednie dostosowanie
napięcia ładowania
akumulator i układ ładowania
powinny pracować w tej samej
temperaturze
lub wymagany zdalny czujnik
montowany na akumulatorze
Łukasz Starzak, Przetwarzanie energii elektrycznej w fotowoltaice, lato 2015/16
26
Metody ładowania dla pracy buforowej
●
Metoda dwuetapowa



szybkie ładowanie przy wyższym napięciu (wartość jak dla pracy cyklicznej)
utrzymywanym przez układ 1
po wykryciu spadku prądu poniżej określonej wartości – włączenie układu 2
dającego mniejsze napięcie ładowania (wartość dla pracy podtrzymującej)
umożliwia szybkie uzupełnienie ładunku po zaniku zasilania
Łukasz Starzak, Przetwarzanie energii elektrycznej w fotowoltaice, lato 2015/16
27
Metody ładowania dla pracy buforowej (cd.)
●
Kompensacja upływu (trickle)


gdy napięcie sieci obecne –
akumulator odłączony od
odbiornika, podładowywany dla
kompensacji upływu ładunku
(nie zawsze ciągle)
gdy brak napięcia sieci –
akumulator przyłączony, zasila
odbiornik
●
Pływający akumulator (float)




akumulator stale włączony
równolegle do odbiornika,
poddaje się napięciu w systemie
ciągłe podładowywanie
źródło awaryjne (jak trickle)
dodatkowo gdy Io < IL –
brakującej energii dostarcza
akumulator (Ic < 0)
Łukasz Starzak, Przetwarzanie energii elektrycznej w fotowoltaice, lato 2015/16
28
Zalecane napięcie, temperatura i czas ładowania
●
Napięcie zależy od trybu pracy
●
Czas ładowania dla pracy
cyklicznej


●
Uwzględnienie wpływu
temperatury wydłuża czas życia o
15% dla 40 °



●
szacunkowo:
tch ≈ Qdis / Ich(ini) + tC
Qdis – DOD przed danym
ładowaniem w Ah
Ich(ini) – początkowy prąd
ładowania
tC = (3…5) h dla Ich(ini) ≥ CA/4;
(6…10) h dla Ich(ini) < CA/4
nie należy ładować dłużej
Czas ładowania dla pracy
buforowej


typowo 24…48 h
jest to czas odzyskania
SOC=100%, nie ograniczenie
(wartości dla akumulatorów AGM Panasonic)
Łukasz Starzak, Przetwarzanie energii elektrycznej w fotowoltaice, lato 2015/16
29
Podsumowanie wymagań w zależności od trybu
użytkowania i metody ładowania
Łukasz Starzak, Przetwarzanie energii elektrycznej w fotowoltaice, lato 2015/16
30
Łączenie akumulatorów
●
Łączenie w łańcuchy szeregowe




●
Łączenie równoległe





●
wszystkie akumulatory jednakowego typu i o jednakowej historii
pierwsze ładowanie osobno lub przez ograniczony czas
konieczna okresowa weryfikacja rozkładu ładunku poprzez pomiar napięć –
dopuszczalna różnica: 0,02 V dla pojedynczych ogniw, 0,04 V dla 6 V, 0,05 V
dla 12 V
przy stwierdzeniu nierównego podziału konieczne ładowanie równoważące
(equalizing charge) tak aby uzyskać SOC=100% dla wszystkich
akumulatorów
zaleca się do 4…10 łańcuchów szeregowych
mogą być różnych typów w poszczególnych łańcuchach
wymaga jednakowych rezystancji połączeń
przed pierwszym połączeniem upewnić się, że napięcia są identyczne
nie zaleca się ładować połączonych akumulatorów pracujących cyklicznie
Wszelkie decyzje dotyczące sterowania i utrzymania podejmuje się
w oparciu o obserwację najsłabszego akumulatora (najniższe napięcie)
Łukasz Starzak, Przetwarzanie energii elektrycznej w fotowoltaice, lato 2015/16
31
Znaczenie konfiguracji połączeń
Łukasz Starzak, Przetwarzanie energii elektrycznej w fotowoltaice, lato 2015/16
32
Znaczenie konfiguracji połączeń (cd.)
●
Zyski z zastosowania opcji 2



●
Wady opcji 1


●
identyczna rezystancja połączeń dla każdego akumulatora
zrównoważenie prądów ładowania i rozładowania ⇒ dla każdego
akumulatora cykl ładowania/rozładowania kończy się tak samo
akumulator bardziej rozładowany ⇒ rezystancja wewnętrzna rośnie ⇒ prąd
rozładowania maleje – samoregulacja rozładowania
różne prądy gałęzi; różny prąd ładowania i rozładowania
przeładowanie lub niedoładowanie – narastające ⇒ czas życia ↘
Opcja 3

krótkie połączenia (ℓ2) mają dużo mniejszy przekrój niż długie (ℓ1)

rezystancja przewodów ℓ2 dominuje w każdej gałęzi, co równoważy prądy
Łukasz Starzak, Przetwarzanie energii elektrycznej w fotowoltaice, lato 2015/16
33
Sprawność ładunkowa a energetyczna
●
Podczas ładowania konieczne dostarczenie większego ładunku niż
odprowadzony podczas rozładowania


●
główny powód: stratyfikacja – gdyby dostarczyć taki sam ładunek, na dole
pozostałby nadmiarowy PbSO4 nie zrekonwertowany do Pb katody
typowy mnożnik – współczynnik ładowania (charge coefficient, charge
factor): żelowe x1,05; AGM x1,08; otwarte x1,20
Sprawność ładunkowa (Ah)
ηQ =

●
Q discharched
Q charged
jej odwrotność będzie współczynnikiem ładowania, np. 1,05 ⇔ 95%
Sprawność energetyczna (Wh)
ηW =
W discharche
W charge
W =Q⋅U ( jeżeli U ≈ const) ⇒
ηW ≈
Q discharched⋅U av,discharge
Q charched⋅U av,charge
Łukasz Starzak, Przetwarzanie energii elektrycznej w fotowoltaice, lato 2015/16
34
Sprawność – przykład
tdch [h]
●
Parametry akumulatora:

pojemność Q10h (C) = 100 Ah

sprawność ładunkowa ηQ,10h = 95%


●
współczynnik ładowania
kQ,10h = 1/ηQ = 1/0,95 = 1,05
Ri = 6,5 mΩ
Udch,min [V]
Rozładowanie całkowite
przez czas nominalny tj. 10 h




DOD = 100%, SOC = 100%→0%
Qdch = Q10h = 100 Ah
prąd I10h (CA/10) = 10 A
szacujemy: Ubat = Uoc − Ri∙I
SOC=100% ⇒ Uoc = 2,15 V ⇒
Ubat = 2,15 V − 6,5 mΩ ∙ 10 A = 2,085 V
SOC=0% ⇒ Uoc=1,98 V ⇒ Ubat=1,915 V
Uav,dch = (2,085 + 1,915) / 2 = 2,00 V
Łukasz Starzak, Przetwarzanie energii elektrycznej w fotowoltaice, lato 2015/16
35
Sprawność – przykład (cd.)
●
Ładowanie zalecanym napięciem
2,25 V (na ogniwo) z ograniczeniem
prądu do wartości I10h (CA/10)





●
czas ładowania z charakterystyki
~30 h
uwzględniając współczynnik
ładowania:
tch = 30 h ∙ kQ (=1,05) ≈ 32 h
z charakterystyki ładowania napięcie
wzrasta od 2,1 V do 2,25 V w ciągu
9 h ⇒ średnia 2,17 V
następnie pozostaje praktycznie
stałe 2,25 V przez 32 h − 9 h = 23 h
średnia (2,17∙9+2,25∙23)/32 = 2,23 V
Doprowadzony ładunek

Qch = Qdch ∙ kQ = 105 Ah
charakterystyka przykładowa dla innego akumulatora
i większego prądu ładowania (~20 A):
napięcie wzrasta w ciągu 3 h od 2,15 V do 2,25 V
(zaniedbując początkowy krótkotrwały odcinek od 1,7 V)
η Q ,10h =95 %
η W ,10h=
100 Ah⋅2,00 V
=85 %
105 Ah⋅2,23 V
Łukasz Starzak, Przetwarzanie energii elektrycznej w fotowoltaice, lato 2015/16
36
Ogólne zasady użytkowania akumulatorów
bezobsługowych
●
●
●
●
●
●
●
Nie zamykać w szczelnych obudowach i zamkniętych pomieszczeniach
(możliwa emisja gazu, szczególnie w sytuacji anomalii)
Dobrze znoszą ruch, trochę gorzej drgania, źle zmianę orientacji (zawór),
chociaż niektóre konstrukcje można montować przechylone do 90°
Izolować od metalowych obudów (rozlanie elektrolitu – ryzyko reakcji)
Umieszczać z dala od płomieni i iskier
Umieszczać z dala od elementów grzejących (się), nie wystawiać na
oddziaływanie słońca (przegrzanie, wybuch, zapłon, wyciek)
Mogą być ładowane od pełnego rozładowania (ale zaleca się DOD ≤ 50%)
Czas życia określa spadek czasu rozładowania (a więc pojemności) o 50%

●
dłuższa eksploatacja – ryzyko pęknięcia akumulatora i wylania elektrolitu
Temperatura nigdy nie powinna przekraczać 50 °


deformacja obudowy
(zwykle z żywic sztucznych)
skrócenie czasu życia
Łukasz Starzak, Przetwarzanie energii elektrycznej w fotowoltaice, lato 2015/16
37
Scalony sterownik ładowania akumulatorów VRLA
●
●
●
BQ24450
(Texas Instruments)
Regulacja napięcia
akumulatora i prądu
ładowania
Zewnętrzny tranzystor



●
minimalizacja mocy strat
w sterowniku
zwiększenie maksymalnego
prądu ładowania
wydajność DRVC 25 mA
Złożony, optymalny przebieg
ładowania


zwiększenie pojemności
wydłużenie czasu życia
●
Realizowalne różne metody ładowania



stałe niewielkie napięcie (tryb float)
ładowanie dwustopniowe
(boost → float) stałym napięciem
z ograniczeniem prądu
dwustopniowe ładowanie stałym
prądem
Łukasz Starzak, Przetwarzanie energii elektrycznej w fotowoltaice, lato 2015/16
38
Źródło napięcia odniesienia
●
●
Wysoka precyzja
Charakterystyka temperaturowa



●
dobrana tak, by kompensować
wpływ temperatury na napięcie
na ogniwach kwasowoołowiowych
maksymalizacja pojemności
zwiększenie bezpieczeństwa
akumulatora podczas ładowania
Zintegrowany czujnik
temperatury otoczenia

wykorzystanie możliwe dzięki
małemu poborowi mocy przez
układ (1,6 mA) – zaniedbywalne
samonagrzewanie
Łukasz Starzak, Przetwarzanie energii elektrycznej w fotowoltaice, lato 2015/16
39
BQ24450 – budowa wewnętrzna i sprzężenia
pętla sprzężenia prądowego
V(IN) − V(IFB) = VILIM = 250 mV
pętla sprzężenia napięciowego
V(VFB) = VREF = 2,30 V
stabilizator napięcia z ograniczeniem prądowym
(pętla napięciowa wymaga zewnętrznej kompensacji
poprzez pin COMP – zależnie od wzmocnienia QEXT)
zawsze „zwycięża” jedna z pętli
zabierając część prądu bazy Q1
Łukasz Starzak, Przetwarzanie energii elektrycznej w fotowoltaice, lato 2015/16
40
BQ24450 – stany pracy
stan bieżący na przerzutnikach L1 i L2
zależy od VFB, UVLO i BSTOP
dostępny na STAT1 i STAT2
komparator prądu daje 0 gdy
V(ISNSP)−V(ISNSM) < VISNS = 25 mV
może być użyty do zmiany trybu
ładowania z szybkiego (boost) na
pływający (float) poprzez wejście BSTOP
układ UVLO (stan wyprowadzony na
pin 7 PGOOD) załącza sterownik, gdy
V(IN) > 4,5 V
Łukasz Starzak, Przetwarzanie energii elektrycznej w fotowoltaice, lato 2015/16
41
Działanie
IMAX-CHG = VILIM / RISNS
ITAPER = VISNS / RISNS
VBOOST = VREF · (RA + RB || RC) / (RB || RC)
VBI = 0,95 VREF · (RA + RB || RC) / (RB || RC) =
= 0,95 VBOOST
VFLOAT = VREF · (RA + RB) / RB
stan tranzystora Q (ON ↔
L, OFF
↔
VRCH = 0,9 VREF · (RA + RB) / RB =
= 0,9 VFLOAT
H)
Łukasz Starzak, Przetwarzanie energii elektrycznej w fotowoltaice, lato 2015/16
42
Ładowanie
wstępne
dla głęboko rozładowanych
akumulatorów:
kiedy V(CE) < VREF,
pin PRE-CHG staje się
źródłem niewielkiego prądu
przez Q5 (zasilany z VIN), zaś
Q1=OFF poprzez Q3
VBOOST = VREF ·
· (RA + RB + RC || RD) / (RC || RD)
VFLOAT = VREF · (RA + RB + RC) / RC
VBI = 0,95 VBOOST
VRCH = 0,9 VFLOAT
IPRE = (VIN − VPRE − VBAT) / RT
gdzie VPRE – spadek napięcia
na Q5 i diodzie
VTH = VREF · (RA + RB + RC || RD) / (RB + RC || RD)
Łukasz Starzak, Przetwarzanie energii elektrycznej w fotowoltaice, lato 2015/16
43
Modyfikacje
Dowolny stosunek
IMAX‑CHG / ITAPER
Poprzednio sztywny =
= VILIM / VISNS =
= 250 mA / 25 mA = 10
gdyż ten sam bocznik RISNS
Eliminacja wstecznego rozładowywania akumulatora:
● przez Q
EXT – dioda DEXT
● przez dzielnik – R
C do wyjścia PGOOD (Q7 wyłączony
kiedy brak / zbyt niskie zasilanie)
Łukasz Starzak, Przetwarzanie energii elektrycznej w fotowoltaice, lato 2015/16
44
Dobór tranzystora zewnętrznego
●
Wytrzymałość napięciowa

●
Wytrzymałość prądowa – chłodzenie

●
UCE(Imax-chg; IQ1(max)) < ∆Umin =
= Uin(min) − Ubat(max) − URISNS(Imax-chg) −UDEXT(Imax-chg)
Moc strat w sterowniku PD


●
βF(Imax-chg) > Imax-chg / IQ1(max) (IQ1(max) = 25 mA)
Spadek potencjału – minimalna wymagana różnica napięć ∆U = Uin − Uout

●
PQ(adm) > PQ(max) = (Uin(max) − Ubat(min)) ∙ Imax-chg + UBE ∙ Imax-chg / βF
Wzmocnienie prądowe

●
UCE(rat) > ∆Umax = Uin(max)
zależy od prądu bazy, który może być ustalany zewnętrznym opornikiem
Rθ ≈ 100 °/W, Tj(max) = 150 ° (zalecane 70 °)
Kompensacja napięciowego sprzężenia zwrotnego

od tranzystora zależy typ kompensacji i wartości elementów
Łukasz Starzak, Przetwarzanie energii elektrycznej w fotowoltaice, lato 2015/16
45
Konfiguracje tranzystora zewnętrznego
●
Pojedynczy PNP w konfiguracji wspólnego
emitera


●
osobne zasilanie obwodu bazy ⇒ może pracować
z bardzo małym ∆U = UCE
małe wzmocnienie ⇒ wymagany duży prąd Q1
PNP w konfiguracji quasi-darlingtona

wymagane większe ∆U do zasilenia obwodu bazy:
∆U ≥ UBE,QEXT + UCE,Q1+R + RP ∙ IQ1(max)
Łukasz Starzak, Przetwarzanie energii elektrycznej w fotowoltaice, lato 2015/16
46
Konfiguracje tranzystora zewnętrznego (cd.)
●
PNP w konfiguracji quasi-darlingtona



●
możliwość wysterowania dużo większych prądów
duże wzmocnienie ⇒ małe pasmo (częstotliwość
odcięcia) ⇒ wymaga kompensacji obwodem RC
największy spadek na tranzystorze UCE1+UBE2
Pojedynczy NPN w konfiguracji wspólnego
kolektora (wtórnika emiterowego)

największe ∆U wymagane do wysterowania QEXT
Łukasz Starzak, Przetwarzanie energii elektrycznej w fotowoltaice, lato 2015/16
47
Przykład projektowy (1)
Akumulator LC-R064R5P (VRLA AGM): 6 V, 3,4 Ah
Zasilanie ze źródła napięcia stałego o wartości 8…13 V
Urządzenie zasilane podłączone na stałe do systemu; normalnie zasilane ze źródła VIN ; akumulator
wykorzystywany w trybie czuwania (stand-by), wówczas obciążenie maksymalne 250 mA = 0,06 CA
Zalecenia producenta akumulatora (karta katalogowa):
Minimalne napięcie rozładowania @ 0,25 A
Napięcie w trybie pływającym (float = trickle)
środek przedziału
Napięcie w trybie szybkiego ładowania (boost = cycle)
środek przedziału
Maksymalny prąd szybkiego ładowania
przyjmujemy
5,25 V
VTH
6,8…6,9 V
6,85 V
VFLOAT
7,25…7,45 V
7,35 V
VBOOST
0,1…0,4 CA = 0,34…1,36 A
0,2 CA = 0,68 A
IMAX-CHG
Łukasz Starzak, Przetwarzanie energii elektrycznej w fotowoltaice, lato 2015/16
48
Przykład projektowy (2)
Minimalna dostępna różnica napięć: ∆ U = Uin(min) − Ubat(max) − UDEXT − URISNS(max) =
= 9 − 7,35 − 0,7 − 250m (napięcie odniesienia dla IFB) = 0,65 V → pojedynczy tranzystor PNP OE
Prąd dzielnika w stanie FLOAT musi być:
●
większy niż prąd polaryzacji wejść CE i VFB +
prąd upływu końcówki STAT1
●
na tyle mały, by napięcie na końcówce PGOOD
nie zmieniło znacząco działania układu
(idealnie ujemny koniec RC powinien być na
masie, więc VPGOOD Vbat(min))
Warunki te spełnia prąd 50 µA.
Łukasz Starzak, Przetwarzanie energii elektrycznej w fotowoltaice, lato 2015/16
49
Przykład projektowy (3)
IPGOOD = VVFB / RC
W stanie FLOAT VVFB = VREF = 2,30 V (w stanie
BOOST może być mniej, więc wymagany prąd
IPGOOD nie będzie przekroczony)
→ RC = VREF / IPGOOD(max) = 2,30 / 50µ = 46,0 kΩ
Ze względu na konieczność precyzyjnego
ustalenia napięcia ładowania, wymagane
rezystory 1% (E96) → 46,4 kΩ
Z wcześniej wyprowadzonych wzorów:
VFLOAT = 6,85 V = VREF · (RA + RB + RC) / RC → RA + RB = 91,79 kΩ
( VRCH = 0,9 VFLOAT = 6,17 V )
VBOOST = 7,35 V = VREF · (RA + RB + RC || RD) / (RC || RD) → RD = 422 kΩ → 422 kΩ
( VBI = 0,95 VBOOST = 6,98 V )
VTH = VREF · (RA + RB + RC || RD) / (RB + RC || RD) → RB = 16,72 kΩ → 16,9 kΩ
RA = 91,79 kΩ − 16,9 kΩ = 74,89 kΩ → 75,0 kΩ
Łukasz Starzak, Przetwarzanie energii elektrycznej w fotowoltaice, lato 2015/16
50
Przykład projektowy (4)
Prąd ładowania wstępnego (pre-charge) nie może przekraczać wydajności wyjścia PRE-CHG,
przyjmujemy 10 mA
Spadek potencjału na wyjściu PRE-CHG (od VIN): VPRE = 2 V
Maksymalny prąd – przy minimalnym napięciu na akumulatorze (DOD = 100%); prąd ładowania
będzie niewielki (10 mA = 0,003 CA), więc można zastosować napięcie rozwarcia Voc
Dla AGM Voc średnio 1,75 V/ogniwo → 5,25 V dla akumulatora 6 V; jest to wartość średnia, więc
zaokrąglamy w dół do 5 V
IPRE(max) = (VIN(max) − VPRE − VDEXT − Vbat(min)) / RT
→ RT = (13 − 2 − 0,7 − 5) / 10m = 530 Ω
Rezystancja bocznika
IMAX-CHG = VILIM / RISNS
→ RISNS = 250m / 0,68 = 0,37 Ω
→ 360 mΩ (E24 – 5%)
Łukasz Starzak, Przetwarzanie energii elektrycznej w fotowoltaice, lato 2015/16
51
Przykład projektowy (5)
Tranzystor QEXT – BD440: IC(rat) = 4 A; UCEO(rat) = 60 V; βF (hFE) @ IMAX-CHG = 40 (min @ 0,5 A)
Największa moc strat przy największej różnicy napięć ∆ U
PQ(max) = ∆Umax · IMAX-CHG = (Uin(max) − UTH) · IMAX-CHG = (13 − 5,25) · 0,68 = 5,27 W
Tj(max) = 150 °C; Rθ(j-c) = 3,125 °C/W
→ Rθ(j-a) = (Tj(max) − Ta(max)) / PQ(max) − Rθ(j-c) − Rθ(c-s) = (150 − 40) / 5,27 − 3,125 − 1 = 16,8 °C/W
Sterowanie – pojedynczy PNP z osobnym obwodem bazy
IB = IMAX-CHG / βF(min)(IMAX-CHG) = 17 mA < 25 mA (wydajność Q1)
Przyjmujemy jednak 25 mA ze względu na konieczność uzyskania niskiego UCE (małe ∆ U)
IB = IQ1 = (VIN(min) − 2,0 V) / RP → RP = 280 Ω → 300 Ω → IQ1 = 23 mA
Kompensator sprzężenia zwrotnego: Ccomp = 0,1 µF
Moc strat w sterowniku w najgorszym przypadku
PD(max) = (Uin(max) − UBE,QEXT) · IQ1 − IQ12 · RP =
= (13 − 0,7) · 23m − (23m)2 · 300 = 124 mW
∆Tmax = PD(max) · Rθ = 124m · 100 = 12 °C
Dioda DEXT nie musi być szybka, ale powinna mieć
niskie napięcie przewodzenia ze względu na małe ∆ U
1N4001: IF(av) = 1 A; Urrm = 50 V; UF(0,68 A) = 0,9 V
dla mniejszego UF dioda Schottky’ego
MBR150: 1 A; 50 V; UF(0,68 A) = 0,6 V
Łukasz Starzak, Przetwarzanie energii elektrycznej w fotowoltaice, lato 2015/16
52
Inne technologie akumulatorów
●
Obszary zastosowań w
fotowoltaice



●
niskie moce
niskie napięcia
ciężkie warunki klimatyczne
(temperatura, wilgotność)
Powszechność użycia



najczęściej: NiCd
rzadziej: NiMH, Li-ion
pozostałe sporadycznie
pośrednie między
ogniwem elektrycznym
a ogniwem paliwowym
Łukasz Starzak, Przetwarzanie energii elektrycznej w fotowoltaice, lato 2015/16
53
Technologie niklowe (1)
●
Akumulatory niklowo-kadmowe
(NiCd)









katoda Cd, anoda NiO(OH),
elektrolit KOH – zasadowy
pojemności nawet > 1000 Ah
(ale szczelnych < 100 Ah)
długi czas życia przy pracy
cyklicznej i dużych DOD (ale
nadal zależny od DOD)
szeroki zakres temperatur (−20°…
50°), zamarzanie nieszkodliwe
mało wrażliwe na przeładowanie
napięcie prawie stałe w szerokim
zakresie rozładowania
niska rezystancja wewnętrzna
wysoka pojemność nawet przy
dużym prądzie rozładowania
minimalna obsługa po instalacji
Łukasz Starzak, Przetwarzanie energii elektrycznej w fotowoltaice, lato 2015/16
54
Technologie niklowe (2)
●
Zastosowania





latarnie morskie, boje
stacje bazowe, przekaźnikowe,
telefony alarmowe
przejazdy kolejowe
platformy wiertnicze
energetyka w obszarach
oddalonych od sieci
●
Wady technologii NiCd




znaczące samorozładowanie
mała zmienność napięcia z
ładunkiem ⇒ wysoka
niedokładność szacowania SOC
Cd – metal ciężki bardzo
szkodliwy dla środowiska i ludzi
silny efekt pamięciowy (dotyczy
tylko szczelnych)
Łukasz Starzak, Przetwarzanie energii elektrycznej w fotowoltaice, lato 2015/16
55
Technologie niklowe (3)
●
Akumulatory niklowo-wodorkowe
(NiMH)





●
w katodzie Cd zastąpiony przez
stop metali np. LaNi5, TiNi2
⇒ mniej szkodliwe
stopy te łatwo absorbują
i uwalniają jony wodoru w
objętości 1000x większej niż ich
własna (powstaje wodorek – MH)
⇒ większa gęstość energii
minimalny efekt pamięciowy
Właściwości gorsze (niż NiCd)




samorozładowanie
koszt
moc szczytowa
przeładowanie
uszkadza
Łukasz Starzak, Przetwarzanie energii elektrycznej w fotowoltaice, lato 2015/16
56
Technologie litowe
●
Akumumatory litowo-jonowe
(Li-ion)






duża gęstość energii ⇐ mniejsza
masa atomowa (Li 6,9; Pb 207)
najwyższe napięcie na 1 ogniwie
⇒ mniejsza liczba ogniw
⇒ niższy koszt produkcji
i problemy z równoważeniem
bardzo słabe samorozładowanie
b. szeroki zakres temperatur
rozładowania: −20…60 °
bardzo wrażliwe na za głębokie
rozładowanie oraz przeładowanie
(korozja elektrod, utrata
pojemności, wybuch)
duża gęstość energii ⇒ zwarcie
bardzo niebezpieczne (wybuch
z dużą energią cieplną)


●
wymaga grubych elektrod z
powodu reakcji Li z elektrolitami
płynnymi ⇒ wyższy koszt
napięcie silnie zależne
od stanu ładunku
⇒ często wymagane
przetwornice impulsowe
Akumulatory litowo-polimerowe
(Li-poly)





rozwinięcie technologii Li-ion –
zastąpienie elektrolitu płynnego
stałym w postaci polimeru
elektrolit służy też jako separator
⇒ większa gęstość upakowania
mniejsza reaktywność ale
większa szkodliwość postaci Li
niższe napięcie na ogniwo
najwyższy koszt
Łukasz Starzak, Przetwarzanie energii elektrycznej w fotowoltaice, lato 2015/16
57
Szczegółowe parametry technologii
(Gravimetric Density)
(Volumetric Density)
Łukasz Starzak, Przetwarzanie energii elektrycznej w fotowoltaice, lato 2015/16
58