Jak vypočítat kapacitu baterie

Shepelev, A. O. Výpočet kapacity dobíjecích baterií / A. O. Shepelev, E. Yu Artamonova. — Text: bezprostřední // Mladý vědec. – 2016. – č. 17 (121). — S. 99-101. — URL: https://moluch.ru/archive/121/33517/ (datum přístupu: 28.12.2024. XNUMX. XNUMX).

Tento článek poskytuje výpočet kapacity baterie.

Klíčová slova: baterie, kapacita, větrná energie

Využití větrných turbín (WPP) pro napájení se stává poměrně oblíbenou a perspektivní oblastí elektroenergetiky. Hlavním faktorem, který brání rozvoji zásobování elektřinou pomocí alternativních zdrojů, je však jejich nízký výrobní výkon [1].

Dosažení normálního provozu autonomních energetických systémů využívajících alternativní zdroje energie je možné pouze tehdy, když veškerou vyrobenou elektřinu spotřebuje spotřebitel. Pokud se harmonogram výroby a spotřeby neshodují, není vždy možné okamžité použití takových zdrojů. V tomto ohledu je potřeba skladování energie. V současné době existuje obrovské množství bateriových zařízení. Celá tato široká škála může být zjednodušena na mechanické, hydraulické a chemické. Posledně jmenované jsou dnes obzvláště běžné kvůli jejich relativní levnosti, kompaktnosti a snadnému ovládání [2].

Mechanická energie se ukládá ve formě potenciální nebo kinetické energie. Mechanické akumulátory jsou obvykle zařízení, která využívají potenciální energii, která byla uložena v pružině (stlačená energie pružiny), závaží zvednuté do určité výšky nebo kinetickou energii rotujícího disku (setrvačník). Hlavní nevýhodou většiny mechanických baterií používaných pro velké zásoby energie je jejich objemnost, značná spotřeba materiálu a v některých případech nízká účinnost. Kvůli těmto nevýhodám se zpravidla používají jako záložní baterie Nejrozšířenější mezi záložními bateriemi je tzv. inerciální baterie, navržená v roce 1918 slavným vynálezcem A. G. Ufimtsevem a poprvé použitá na větrné farmě D-10, postavený ve městě Kursk.

Přečerpávání je ve svém jádru mechanický způsob ukládání energie. V takových zařízeních se akumulace energie produkované větrnou turbínou dosahuje prostřednictvím potenciální energie masy vody zvednuté do určité výšky. Větrné turbíny s přečerpávací nádrží se obvykle realizují podle následujících základních schémat:

1. Voda získaná ze studny větrnou turbínou během jejího provozu je uložena v nádrži nebo vodárenské věži a následně využívána podle potřeby pro pití a potřeby domácnosti. Ve větrných zavlažovacích zařízeních je voda přiváděna do přírodních nebo umělých nádrží, odkud teče gravitací přes kanály do zavlažovaných nebo zavlažovaných oblastí.
2. Větrná elektrárna funguje na zátěž spotřebitele a přebytečná energie se vynakládá na čerpání vody z dolní nádrže do speciální horní nádrže nebo ze spodního ocasu přehrady vodní elektrárny do horní. V období klidu nebo při nedostatku energie vyráběné větrnými elektrárnami se energie zvednuté vody využívá k výrobě elektrické energie v turbínách vodních elektráren. Tím je zajištěno pokrytí části zatěžovací křivky. V posledních letech zájem o taková schémata vzrostl v důsledku výstavby řady velkokapacitních přečerpávacích elektráren u nás.
3. Větrná elektrárna neustále běží na čerpacích jednotkách, které dodávají vodu z jednoho bazénu do druhého, umístěného výše. Vodní elektrárna pracuje na energii zvednuté vody a zatěžuje spotřebitele.
4. V zimních podmínkách funguje čerpací větrná turbína, která přečerpává vodu do nádrže pod ledem nebo zajišťuje tvorbu aufeis, tedy oblastí zmrzlého ledu. To umožňuje nejen snížit náklady na stavbu bazénů, ale také používat slanou vodu a přitom se vyhnout zasolování půdy, protože zavlažování lze provádět vodou odsolenou jejím zmrazením. Účinnost ledových přehrad je však relativně nízká, protože dochází k velkým ztrátám vlhkosti odpařováním, filtrací vody do půdy a dalšími důvody.

Elektrochemické baterie jsou speciální třídou zařízení pro ukládání chemikálií, která se široce používají ve větrné energii. Jedná se především o olověné akumulátory (obr. 1), které jsou relativně levné a mají přijatelnou životnost, ale jejich měrná energie je nedostatečná – nepřesahuje 100 kJ/kg. Ale již dnes jsou známy baterie (například stříbrno-kadmiové baterie) s 4–4.5krát vyšší měrnou energetickou náročností. Pro elektrické větrné turbíny s relativně nízkým výkonem (do 5 kW) je použití elektrochemických baterií poměrně efektivní, protože mají vysokou účinnost (70–80 %) a navíc obvykle nevyžadují žádná další složitá zařízení. s výjimkou napěťových relé a omezovacího nabíjecího proudu a tří provozů jednotky na střídavý proud – také odpovídající měniče a usměrňovače.

Elektrická baterie je určena k ukládání a uvolňování elektrické energie. Když jsou elektrické baterie spojeny dohromady a tvoří skupinu, pak se již jedná o dobíjecí baterii. Do takové skupiny jsou zapojeny identické elektrické baterie stejné kapacity.

Rýže. 1. Olověná baterie

Příkladem nejjednoduššího úložiště elektrické energie je klasická autobaterie (obr. 2).

Rýže. 2. Autobaterie

Podívejme se na metodu výpočtu navrženou v [3]:

1. Určete spotřebu energie zařízení v obdobích maximální spotřeby energie.

Každou hodinu během času T se spotřebuje energie rovnající se energii spotřebované za jednotku času:

2. S ohledem na stejnosměrné napětí regulátoru U_REG a spotřeba energie P_VECH, aktuální spotřebu najdete I_REG, podle vzorce:

3. Dále musíte určit celkovou kapacitu baterie:

, (3)

Toto je však celková kapacita bateriového bloku, která by měla být poskytnuta spotřebiteli. Chemickou baterii se však nedoporučuje vybíjet na více než 50 %. Proto hodnota je třeba zdvojnásobit, abychom získali skutečnou kapacitu :

4. Určete kapacitu jedné baterie Ci na základě skutečnosti, že součet lze vyjádřit jako součet kapacit paralelně zapojených kaskád sériově zapojených baterií pomocí vzorce:

kde m je počet kaskád; Ci se vybírá na základě kapacitního rozsahu baterií dostupných na trhu. Tato řada je zpravidla reprezentována kapacitami 50, 55, 60, 65, 70, 75, 90, 120, 190, 200, 400 atd. Vývojář zvolí nejvhodnější variantu.

5. Po výpočtu je nutné zkontrolovat, zda větrná elektrárna bude schopna nabít tyto baterie na požadovanou úroveň za předchozí období.

Za tímto účelem je nutné určit, kolik energie by mělo pocházet z větrné turbíny za dobu T_i-1, předcházející studijnímu období T_i. Trvání předchozího období T_i-1a moc P_mgnWEU, produkovaný větrnou elektrárnou při konkrétní rychlosti větru, lze nalézt ve zdroji [3].

Pojďme získat energii E_VEU-T, přijaté z větrných turbín za období T_i-1:

Výsledná hodnota se musí porovnat se spotřebovanou energií a musí ji překročit:

6. Podle podmínky (7) je možné učinit závěr o použitelnosti baterií pro studovaný objekt. Pokud je získán neuspokojivý výsledek, musí být provedeny příslušné nové výpočty. Například zvýšit výkon a/nebo počet větrných turbín, snížit spotřebu energie atd.

1. Bubenchikov, A. A. Analýza generátorů pro autonomní napájecí systémy / A. A. Bubenchikov, R. A. Daichman, E. Yu // Vědecký aspekt. – 2015. – č. 4. – S. 201–208.
2. Bubenchikov, A. A. Výběr baterií pro autonomní napájecí systémy / A. A. Bubenchikov, R. A. Daichman, E. Yu // Vědecký aspekt. – 2015. – č. 4. – S. 208–215.
3. Kirpičniková, I. M. Větrné elektrárny. Výpočet parametrů součástek: učebnice / I. M. Kirpičnikova, E. V. Solomin. — Čeljabinsk: Vydavatelské středisko SUSU. – 2013. – 83 s.

Základní pojmy (vygenerováno automaticky): baterie, větrná elektrárna, větrná elektrárna, kinetická energie, celková kapacita baterie, zvýšená voda, spotřeba energie, zařízení, elektrická energie, energie.

Kapacita baterie – množství elektrické energie, které může plně nabitá baterie dodat při určitém vybíjecím režimu a teplotě od počátečního po konečné napětí. Jednotkou SI pro elektrický náboj je coulomb (1C), ale v praxi se kapacita obvykle vyjadřuje v ampérhodinách (Ah).
Kapacita se měří v ampérhodinách a určuje se podle vzorce:
C=IP _* tp, kde C je kapacita, Ah;
Ip – síla vybíjecího proudu, A;
Tp – doba vybíjení, H.
Jmenovitá kapacita – kapacita, kterou by měla dát nová plně nabitá baterie za normálních podmínek vybíjení specifikovaných v normě pro tuto baterii. V tomto případě by napětí nemělo klesnout pod určitou hodnotu.
Protože kapacita závisí na vybíjecím proudu a konečném vybíjecím napětí, symbol baterie udává kapacitu odpovídající určitému režimu vybíjení. U startovacích baterií se jmenovitá kapacita bere při 20hodinovém vybíjení, stacionární při 10hodinovém, trakce při 5hodinových režimech vybíjení.
Příklad posouzení kapacity baterie pomocí 20hodinového vybíjecího režimu, proud 0.05 C20 (proud rovný 5 % jmenovité kapacity).
Pokud je kapacita baterie 55Ah, pak při jejím vybíjení proudem 2.75A se zcela vybije za 20 hodin. Podobně u baterií s kapacitou 60Ah dojde k úplnému 20hodinovému vybití při mírně vyšším vybíjecím proudu – 3A.
Návrat kapacity – poměr množství elektřiny přijaté z baterie při vybíjení k množství elektřiny potřebné k nabití baterie do původního stavu za určitých podmínek.
Záleží na úplnosti nabití. Část náboje se ztrácí tvorbou plynu, což snižuje koeficient zpětného rázu.
Zbytková kapacita – hodnota odpovídající množství elektřiny, které může částečně vybitá baterie vydat, když je režim vybíjení nastaven na konečné napětí.
Rezervní kapacita baterie — doba, po kterou může baterie zajistit provoz spotřebičů v nouzovém režimu. Hodnotu rezervní kapacity, vyjádřenou v minutách, v poslední době stále častěji uvádějí výrobci startovacích baterií po hodnotě proudu studeného startu.
Kapacita nabíjení – množství elektřiny dodávané do baterie během nabíjení. Nabíjecí kapacita baterie je vždy větší než vybíjecí kapacita v důsledku energetických ztrát v důsledku vedlejších reakcí a procesů.
Při konstantním nabíjecím proudu l je nabíjecí kapacita C = I _* t, kde t je doba nabíjení.
Kapacita se měří, dokud napětí alespoň jednoho článku baterie neklesne na hodnotu regulovanou pro konkrétní režim vybíjení.
V průběhu své životnosti se kapacita baterie mění. Na začátku životnosti se zvyšuje s rozvojem aktivní hmoty desek. Během provozu zůstává kapacita po určitou dobu stabilní a poté začne postupně klesat v důsledku stárnutí aktivní hmoty desek.
Kapacita baterie závisí na množství aktivního materiálu a provedení elektrod, množství a koncentraci elektrolytu, velikosti vybíjecího proudu, teplotě elektrolytu, stupni opotřebení baterie, přítomnosti nečistot v elektrolytu a dalších faktorů.
S rostoucím vybíjecím proudem klesá kapacita baterie. Baterie v režimech nuceného vybíjení poskytují menší kapacitu než při vybíjení v delších režimech (nízký proud). Baterie proto mohou mít symboly pro 3,5,6,10,20, 100, 3, 100, XNUMX a XNUMX hodin vybíjení. V tomto případě budou kapacity stejné baterie zcela odlišné. Nejmenší bude s XNUMXhodinovým vybíjením, největší se XNUMXhodinovým vybíjením.
S rostoucí teplotou elektrolytu se kapacita zvyšuje, ale při příliš vysokých teplotách se jejich životnost snižuje. Děje se tak proto, že se stoupající teplotou elektrolyt snadněji proniká do pórů aktivní hmoty, protože klesá jeho viskozita a zvyšuje se vnitřní odpor. Vybíjecí reakce se tedy účastní aktivnější hmota než při nabíjení prováděném při nižší teplotě.
Při nízkých teplotách rychle klesá kapacita a užitečný účinek baterie.
Pokud zvýšíte koncentraci ( hustota elektrolytu ), pak se kapacita také zvýší, ale baterie rychle selže v důsledku uvolnění aktivní hmoty baterie.

Související články

Kontrola baterie pomocí nakládací vidlice.

KONTROLA TRAKČNÍ BATERIE ZATĚŽOVACÍ VIDLEM NVA a NTA. Zátěžové zástrčky typu HVA se používají k určení elektrického napětí (při zatížení) na svorkách baterie.

Sulfatace baterií.

„Sulfation“ je v současnosti jednou z hlavních poruch olověných baterií. Pojem „sulfatace“ elektrod (desek) v olověných bateriích znamená toto.

Co je to baterie?

Baterie (článek) – sestává z kladných a záporných elektrod (olověných desek) a separátorů oddělujících tyto desky, instalovaných v pouzdře a ponořených do elektrolytu (roztok síry.

Provozní závady baterií

Při provozu na baterie mohou nastat problémy. Příčiny provozních závad: Nízký stupeň nabití (méně než 75 %): – může být důsledkem slabého napnutí řemene.