Bateriový systém | Operační průvodce logistiky

Bateriový systém využívá chemické reakce k ukládání elektrické energie pro pozdější použití, ať už jde o elektřinu z generátoru nebo od dodavatele energie. Technicky, elektrická energie samotná nemůže být uložena, ale relativní energetický ekvivalent je uložen jako potenciální energie prostřednictvím chemické reakce a může být později přeměněn na elektřinu. Chemické baterie fungují tak, že se nabíjejí roztoky, které udrží nabití dostatečně dlouho na to, aby se znovu vybily a distribuovaly později.

Architektura systému

Baterie jsou konečnými nosiči a jejich princip fungování je poměrně jednoduchý.

Baterie mohou přijímat a dodávat pouze stejnosměrný proud, zatímco většina velkých elektrických spotřebičů a napájecích zdrojů používá střídavý proud. Aby toho bylo dosaženo, baterie vyžadují externí zařízení, která převádějí proud v závislosti na použití a poptávce.

• K výrobě střídavého proudu bude baterie potřebovat transformátor nebo specializovanou nabíječku.
• K napájení střídavým proudem do baterie bude zapotřebí externí střídač.

Tato dvě zařízení jsou často kombinována do střídače-nabíječky, kterou lze použít jako prostředníka mezi baterií a uzavřeným okruhem.

Protože každá baterie má omezenou kapacitu, bateriové zdroje vyžadují speciální zařízení pro sledování a řízení toku elektřiny do baterie, nazývané regulátor nabíjení. Regulátor nabíjení nepřetržitě monitoruje stav nabití baterie, zjišťuje její nabití a po úplném nabití by měl nabíjení automaticky zastavit. Baterie obsahují vysokou energii a při přebíjení mohou být extrémně nebezpečné! Přebíjení baterie může způsobit jiskření, požár nebo dokonce výbuch, což může mít za následek uvolnění nebezpečných chemikálií. Záložní napájení z baterie by nemělo být prováděno bez vhodného regulátoru nabíjení.

Stejně jako u generátoru musí mít záložní baterie všechny dostupné ochrany, včetně spínačů, pojistek a zemnícího kabelu.

V souladu s tím bateriový systém obvykle obsahuje následující součásti:

• Jedna nebo více baterií.
• Invertorová nabíječka.
• Ovladač nabíjení.
• Kabely a ochranná zařízení, jako jsou pojistky a uzemnění.

Nabíjecí baterie

Baterie je akumulační zařízení, které může uchovávat chemickou energii a přeměňovat ji na elektrickou energii prostřednictvím elektrochemické reakce. Používá se mnoho různých chemických látek, zejména nikl-kadmiové baterie používané k napájení malých přenosných zařízení nebo lithium-iontové (Li-on) baterie používané pro větší přenosná zařízení. Nejosvědčenějším typem z hlediska chemického složení a nejdelší výdrží při používání je olověný akumulátor.

druhy

Baterie jsou vyrobeny z několika materiálů a tvarů, aby vyhovovaly různým účelům. Tato příručka se zaměří na nejběžnější baterie používané jako záložní zdroje energie. Dva hlavní typy lze shrnout následovně:

1. Kyselinové baterie.
2. Ventilem řízené olověné baterie.

Kyselinové baterie:

Olověné baterie se zaplavenými články jsou nejběžnější konvenční baterie používané ve vozidlech se spalovacím motorem. Kyselinové baterie s mokrými články mohou mít různá jména:

• Kyselinové baterie.
• Baterie s mokrými články.
• Uzavřená olověná baterie.
• Znovu uzavíratelná olověná baterie.

Tyto baterie obsahují kombinaci tekutého elektrolytu, který se volně pohybuje uvnitř článku. Uživatelé mají přístup k jednotlivým článkům a mohou doplňovat destilovanou vodu (nebo kyselinu), když se baterie vysychá. Hlavní charakteristikou tohoto typu baterií je jejich nízká cena, díky čemuž jsou dostupné téměř všude na světě a široce používané v zemích s nízkými příjmy nebo v rozvojových zemích. Olověné baterie jsou poměrně snadno ovladatelné a lze je nabíjet jednoduchou neregulovanou nabíječkou. Tyto baterie však vyžadují pravidelnou kontrolu a údržbu a extrémní klimatické podmínky mohou mít významný dopad na životnost baterie v důsledku odpařování nebo zamrzání roztoku elektrolytu uvnitř baterie.

Tyto baterie jsou obvykle vyráběny se dvěma svorkami a 6 zástrčkami, které umožňují přístup ke každému 2V článku nebo přihrádce, což dává celkem 12V Pro tento typ baterie je typický rozsah absorpčního napětí 14,4 až 14,9 voltů a typický rozsah napětí naprázdno je 13,1 až 13,4 voltů.

Autobaterie nebo autobaterie nejsou vhodné pro použití jako systém trvalého úložiště.. Autobaterie jsou navrženy tak, aby poskytovaly vysoký proud po krátkou dobu, zejména pro nastartování spalovacího motoru. Existují olověné baterie, které byly nedávno speciálně vyvinuty pro použití jako úložná zařízení.

Ventilem řízené olověné baterie (VRLA):

Valve Regulated Lead Acid (VRLA) baterie jsou termín, který může označovat několik různých značek a designů, ale všechny sdílejí stejnou vlastnost: jsou utěsněné. Baterie VRLA se někdy označují jako uzavřené nebo nerozlité olověné baterie. Hermetická povaha těchto baterií činí přepravu jednodušší a méně nebezpečnou a za určitých okolností mohou být přepravovány i letecky. Těsnost však snižuje jejich životnost, protože takové baterie nelze doplňovat: v průměru je jejich životnost 5 let při teplotě 20 °C.

Baterie VRLA jsou obecně dražší a vyžadují plně regulovanou nabíječku, díky čemuž jsou celosvětově méně běžné. Tyto baterie stále používají kyselinu jako chemický roztok k reakci s olovem, ale místo komor a svorek mohou používat závitové kolíky.

Baterie získala své jméno podle mechanismu ovládání ventilu, který zajišťuje bezpečné uvolňování vodíkových a kyslíkových plynů během nabíjení. Existují také pokročilejší návrhy, včetně:

Baterie na bázi elektrolytu absorbovaného materiálem ze skleněných vláken (AGM)

Konstrukce AGM (Absorbed Glass Mat) umožňuje, aby byl elektrolyt suspendován v těsné blízkosti materiálu aktivní desky. To zlepšuje účinnost vybíjení i dobíjení.

Protože uvnitř není žádná kapalina, mohou tyto baterie fungovat lépe než olověné baterie v aplikacích, kde je obtížná údržba, ale jsou citlivé na přebití nebo nedostatečné nabití, což ovlivňuje jejich životnost a výkon. Baterie AGM fungují nejspolehlivěji, když je jejich použití omezeno na vybití maximálně 50 % kapacity baterie.

Baterie AGM jsou obvykle typem baterií, který se volí v systémech napájení mimo síť.

Gelové baterie

Baterie s gelovými prvky mají složení voda-kyselina ve formě gelu. Elektrolyt v gelové baterii obsahuje přísadu oxidu křemičitého, která způsobuje tuhnutí nebo tvrdnutí. Přebíjecí napětí u tohoto typu článků jsou nižší než u jiných typů olověných baterií a gelové články jsou pravděpodobně nejcitlivějšími články z hlediska nežádoucích reakcí na přebíjecí napětí.

Gelové baterie se nejlépe používají v systémech s velmi hlubokým cyklem a v horkém počasí mohou vydržet o něco déle. Bohužel úplné hluboké vybití vede k nevratnému zničení baterie. Pokud na gelovou baterii použijete nevhodnou nabíječku, může dojít ke snížení výkonu a předčasnému selhání.

Poznámka: Někteří lidé velmi často používají termín „gelové články“, když mluví o uzavřených, bezúdržbových bateriích, stejně jako by používali značku, když mluví o celé kategorii produktů. Při výběru nabíječky buďte velmi opatrní: nejčastěji, když někdo mluví o gelovém článku, má na mysli skutečně utěsněnou, bezúdržbovou baterii VRLA nebo AGM. Gelové baterie nejsou tak běžné jako AGM baterie a je obtížné je získat v humanitárních kontextech.

Rozsah absorpčního napětí

Rozsah napětí naprázdno

Kyselinové baterie

VRLA baterie

Při dodržení doporučení výrobce a univerzálních provozních pravidel je použití Li-ion baterií naprosto bezpečné a poskytují spolehlivý a stabilní provoz. Hlavní je zabránit jejich mechanickému poškození, přehřátí nad +60 °C, přebití nad povolenou mez napětí a vybití na nulu.

Všechny bezpečnostní požadavky na servis baterií konkrétního typu jsou uvedeny v návodu k jejich obsluze. Je nutné přísně dodržovat pokyny výrobce, aby se předešlo nouzovým situacím a předčasnému selhání baterie.

Možná rizika a přijatá opatření

Přestože jsou Li-ion baterie utěsněné a jejich použití je bezpečné, pokud jsou bez tlaku a dojde ke zkratu desek, mohou se vznítit, při hlubokém vybití mohou bobtnat a při přebití mohou explodovat. Proto byste neměli zanedbávat pravidla pro používání a skladování takových baterií. Desky BMS jsou určeny pro sledování stavu Li-ion baterií. Řídí napětí a proudové zatížení článků, vyrovnávají úrovně nabití a monitorují stav baterie.

V případě zkratu, proudového přetížení nebo napětí překračujícího přípustné meze deska BMS odpojí baterii od napájení nebo zátěže. Ochranné desky vykonávají hlavní práci udržování Li-ion baterií v dobrém stavu a eliminaci rizik během jejich provozu. Uživatelé by si však měli být vědomi a dodržovat jednoduchá bezpečnostní opatření při práci s bateriemi.

Pravidla provozu baterií

Uveďme si základní pravidla, která je důležité dodržovat při používání a skladování lithiových baterií:

1. Není přípustné používat nabíječky, které nejsou určeny pro tento typ baterie. Provizorní nabíjení může vést k úrazu elektrickým proudem pro uživatele, kritickému zahřátí, snížení tlaku, požáru a výbuchu baterie.
2. Proces nabíjení musí probíhat při kladných teplotách. Po vystavení chladu je nutné baterii ponechat několik hodin při pokojové teplotě a teprve poté ji připojit k nabíječce. V chladném počasí lze nabíjet pouze lithium-titanátové baterie.
3. Výkonové prvky je nutné chránit před mechanickým poškozením: proražením, odvrtáním, demontáží, odtlakováním, stlačením, deformací a dalšími činnostmi, které mohou poškodit těsnicí plášť.
4. Nezkratujte součásti, neponořujte je do tekutých médií ani je nevystavujte ohni.
5. Měly by být skladovány na suchém, chladném místě, mimo dosah dětí. Úroveň nabití prvků odeslaných k sezónnímu skladování by měla být 40–80 %. Skladováním plně nabitých baterií se snižuje jejich životnost a po dlouhé době hlubokého vybití lithiové články bobtnají a stávají se nepoužitelnými. Uvnitř nich dochází k nevratným chemickým procesům a ochranná deska z bezpečnostních důvodů blokuje možnost dalšího nabíjení.
6. Je důležité zabránit přehřátí nebo vychladnutí baterií. Přípustný teplotní rozsah pro Li-ion prvky je od −20 do +60 °C, pro modely s typem chemie LiFePO4 – od −30 do +55 °C.
7. Nenechávejte baterie na přímém slunci, v blízkosti topných těles nebo otevřeného ohně.
8. Li-ion baterie by neměly být ponechány v zařízeních vystavených ohřevu. Například uvnitř lucerny ležící pod letním sluncem.
9. Je nutné vyloučit možnost přebíjení (u klasických lithium-iontových baterií – nad 4,2 V na článek) a nedovolit hluboké vybití (pod 3 V na článek).
10. Není dovoleno nabíjet nebo používat baterie, u kterých je podezření, že jsou vadné, vykazují známky deformace nebo poškození. Oteklé, vytékající nebo proražené baterie by měly být řádně zlikvidovány.
11. Při vytváření baterií je vhodné použít bodové svařování, protože Při použití páječky je vysoké riziko přehřátí článků.
12. Baterie bez ochranné desky lze použít do svítilen nebo jiných zařízení s vlastní ochranou a vytvořit baterii se společnou BMS deskou. V ostatních případech je přítomnost ochranné desky na bateriích povinná.