 |
 |
Аккумуляторы делятся на два основных типа:
- Стартовые: предназначены для кратковременной, мощной работы (до 10 секунд), например, для запуска двигателя внутреннего сгорания. Пусковой ток может достигать 800А.
- Тяговые: обеспечивают постоянную подачу тока для электромоторов. Мощность ниже (150-200А), но они способны работать длительное время, без быстрого износа.
Главное отличие — пусковой ток. Тяговые не подойдут для запуска двигателя внутреннего сгорания, а стартовые не выдержат длительной работы в электротранспорте.
На сегодняшний день для электротранспорта наиболее предпочтительными являются литий-железо-фосфатные (LiFePO4) тяговые аккумуляторы. Они обладают огромным эксплуатационным ресурсом (до 4000 циклов зарядки/разрядки) в сравнении с другими типами (свинцово-кислотными или гелевыми, которым требуется обслуживание и которые имеют значительно меньший срок службы).
Что такое емкость аккумулятора и почему она важна?
Емкость аккумулятора: ключевой фактор для электротранспорта
Емкость аккумулятора, измеряемая в ампер-часах (Ач), определяет, сколько электрического заряда он может хранить. Чем выше емкость, тем дольше электротранспорт может работать на одном заряде. Важно понимать, что емкость — это лишь один из параметров, определяющих эффективность аккумулятора.
 |
 |
 |
Влияние напряжения и общая мощность
Наряду с емкостью, важным фактором является напряжение (В). Сочетание емкости и напряжения определяет полную мощность аккумулятора в Ватт-часах (Вт⋅ч). Высшее напряжение позволяет получить большую мощность при одинаковой емкости. Этот показатель критичен для подбора аккумулятора под конкретный электротранспорт.
Глубина разряда: устойчивость к разряду и долговечность
Допустимая глубина разряда определяет, насколько сильно можно разрядить аккумулятор без ущерба для его долговечности и эффективности. Свинцово-кислотные аккумуляторы имеют ограниченную глубину разряда, в то время как литий-железо-фосфатные (LiFePO4) аккумуляторы устойчивы к глубокому разряду, позволяя использовать почти всю емкость.
Плотность энергии: важный фактор компактности
Плотность энергии (энергия на единицу веса или объема) является еще одной важной характеристикой. Аккумуляторы с высокой плотностью энергии, такие как LiFePO4, обеспечивают больше энергии в том же объеме или весе по сравнению с другими типами. Это критически важно для электротранспорта, где масса и габариты батарей играют решающую роль.
 |
 |
 |
Преимущества LiFePO4 тяговых аккумуляторов
Дополнительных преимуществ у литий-железо-фосфатных аккумуляторных батарей достаточно много.
Более стабильное напряжение
Литий-железо-фосфатные аккумуляторы (LiFePO4) демонстрируют высокую стабильность напряжения при значительных нагрузках. Даже при максимальной выдаваемой мощности просадка напряжения редко превышает 20%. Это критично для электротранспорта, так как стабильное напряжение способствует снижению износа электродвигателя.
Высокая токоотдача
В отличие от свинцово-кислотных батарей, LiFePO4 могут непрерывно выдавать высокий ток (100-200 А) в тяговом режиме. Свинцово-кислотные АКБ ограничены током 0,1С от их емкости. Например, аккумулятор на 65 Ач не сможет выдавать более 6А. LiFePO4 аккумуляторы способны выдавать мощность до 2400 Вт⋅ч от одной ячейки в нормальном режиме работы, без перегрузки и значительного нагрева.
Очень быстрая скорость заряда
LiFePO4 аккумуляторы заряжаются значительно быстрее, чем свинцово-кислотные. Рекомендуемый ток заряда составляет примерно 0,5C, что позволяет зарядить батарею за 2-2,5 часа. Свинцово-кислотные АКБ заряжаются со значительно меньшими токами (0,05-0,1C), что занимает 10-20 часов. Быстрый заряд – важное преимущество для электротранспорта.
 |
 |
 |
Безопасность и термостабильность
LiFePO4 аккумуляторы отличаются высокой термостабильностью и безопасностью. Они практически не нагреваются во время работы, даже при длительных пиковых нагрузках (температура обычно не превышает 45°C).
В отличие от литий-ионных, LiFePO4 не подвержены самовозгоранию и взрыву при коротком замыкании. Это критически важно для обеспечения безопасности электротранспорта.
Низкий коэффициент саморазряда
Свинцово-кислотные аккумуляторы (АКБ) быстро теряют заряд при хранении. Средний саморазряд составляет около 25% за 3 месяца, требуя регулярной дозарядки (примерно раз в 6 месяцев). В противном случае, батарея может полностью выйти из строя за 1-2 года.
LiFePO4 аккумуляторы имеют значительно более низкий саморазряд – около 1,5-3% в месяц. Это означает, что дозарядка требуется лишь раз в несколько лет, что существенно экономит время и ресурсы при хранении. В большинстве случаев LiFePO4 аккумуляторы могут храниться без значительного разряда на протяжении многих лет.
Их не нужно обслуживать
LiFePO4 аккумуляторы не требуют обслуживания, в отличие от свинцово-кислотных. Они герметичны, и за балансировку напряжения отвечает специальная BMS-плата.
Свинцово-кислотные АКБ нуждаются в регулярном обслуживании: контроле плотности электролита и доливании дистиллированной воды. Несоблюдение этого приводит к быстрому износу и ухудшению характеристик. LiFePO4 же не требуют таких действий, что экономит время и средства на протяжении всего срока службы (до 10 лет при умеренном использовании).
Экологичность
LiFePO4 аккумуляторы считаются одними из самых экологичных на рынке.
- Их герметичность исключает выделение вредных веществ при эксплуатации.
- Повторная переработка LiFePO4 ячеек и их повторное использование уже практикуются во многих странах, что минимизирует экологический ущерб.
- В LiFePO4 аккумуляторах меньше потенциально вредных компонентов, чем в свинцово-кислотных или литий-ионных батареях.
Это особенно важно в связи с растущей необходимостью экологичных решений для электротранспорта.
 |
 |
 |
 |
Как определить необходимую емкость АКБ для электротранспорта
Чтобы рассчитать необходимую емкость литий-железо-фосфатного аккумулятора под свои потребности, необходимо учитывать определенные факторы:
Какую мощность требует оборудование
Для правильного выбора аккумуляторной системы необходимо определить суммарную пиковую мощность всех устройств, подключаемых к ней. В технической документации к каждому устройству указаны номинальная и пиковая мощность (ватт).
Сумма пиковых мощностей устройств – это минимальная необходимая мощность аккумуляторной системы.
Напряжение системы
Для электротранспорта стандартное напряжение обычно варьируется от 48 до 120 вольт. Если необходимо, несколько аккумуляторов можно соединить последовательно, суммируя их напряжение. При параллельном соединении емкость аккумуляторов суммируется, а напряжение остается неизменным.
Для систем резервного питания дома может потребоваться инвертор, преобразующий постоянное напряжение аккумуляторов в переменное (220 или 380 В). Выбирайте инвертор с совместимым напряжением.
Для наибольшей эффективности при использовании инвертора желательно максимально приблизить напряжение аккумуляторной сборки к напряжению преобразования.
Необходимое время автономной работы и расчет емкости
Для расчета емкости необходимо умножить общую потребляемую мощность на продолжительность автономной работы, чтобы определить необходимую емкость аккумуляторной сборки в ампер-часах.
Например, если нужно питать оборудование мощностью 2000 Втч в течение 12 часов, то потребуется сборка на 24000 Втч. Поделив 24000 Втч на напряжение (60 В), получим требуемую емкость 400 Ач. Учитывайте, что реальная потребляемая мощность обычно ниже пиковой, что создаёт запас емкости.
Потери энергии в инверторах также нужно учесть при расчетах. Современные инверторы имеют КПД порядка 95%, следовательно, около 5% энергии будет затрачено на работу инвертора.
Использование ваттметра
Для точного определения потребления оборудования рекомендуется использовать ваттметр. Это позволит получить точные данные о потреблении электричества и уточнить расчеты емкости аккумуляторной системы.
Условия эксплуатации
При выборе аккумуляторной батареи важно также учитывать следующие факторы:
- Температура эксплуатации: Разные типы АКБ по-разному реагируют на низкие температуры.
Свинцово-кислотные работают стабильно при низких температурах (менее 0°C), в то время как литий-ионные менее устойчивы к холоду. LiFePO4 более устойчивы к морозам (до -10°C или -20°C в зависимости от модели), но их емкость снижается при низких температурах.
Для сверхнизких температур (до -40°C) существуют LiFePO4 аккумуляторы со встроенной системой подогрева, но это может ограничивать длительное хранение. В любом случае, ёмкость АКБ снижается с понижением температуры.
Например, АКБ на 100 Ач при 20°C выдаст 100 Ач, но при 0-5°C выдаст около 85% (или даже меньше) номинальной ёмкости.
- Скорость зарядки: LiFePO4 аккумуляторы обладают высокой скоростью зарядки (около 2 часов для полного заряда).
- Количество циклов заряда-разряда: LiFePO4 аккумуляторы способны выдержать большое количество циклов заряда-разряда (более 3000), в то время как литий-ионные и свинцово-кислотные имеют более низкие значения (соотвественно около 500 и 200 циклов). При этом емкость LiFePO4 АКБ после 3000 циклов уменьшается приблизительно на 25%.
 |
 |
Выбор емкости в зависимости от сферы применения
Необходимая емкость аккумулятора во многом зависит от того, для чего именно планируется использовать сборку.
Для автомобилей
Для электромобилей типичные значения емкости составляют от 30 до 100 кВт⋅ч, при напряжении от 24 до 60 В.
Для электровелосипедов и электромопедов требуется значительно меньшая емкость — от 2 до 10 кВт⋅ч, в зависимости от необходимого запаса хода. Часто предусматривается возможность быстрой замены батарей.
Питание дополнительной электроники
Для питания дополнительного оборудования (холодильники, ноутбуки, фонари) необходимы АКБ с напряжением от 12 до 24 В и емкостью до 100 А⋅ч. Этой емкости обычно хватает на несколько десятков часов работы электрооборудования.
Для лодок и катеров
Для лодок и катеров используются относительно небольшие АКБ с напряжением до 60 В и емкостью до 10 кВт⋅ч. Этого достаточно для нескольких часов работы электромотора и вспомогательного оборудования. Для небольших резиновых лодок емкость может быть около 2 кВт⋅ч.
Для вспомогательных устройств, таких как эхолот и навигатор, обычно достаточно отдельного небольшого аккумулятора с емкостью 20-30 Вт⋅ч.
Для автодомов
В автодомах суммарное потребление электроэнергии (холодильник, отопление, освещение) может достигать 5 кВт. Для обеспечения автономной работы в течение пары суток, рекомендуется использовать LiFePO4 аккумуляторы, учитывая необходимое время автономной работы. Если планируется использовать электричество для отопления, необходимо учитывать дополнительную нагрузку (3 кВт и более) от нагревателя.
При выборе подходящей емкости АКБ важно учитывать общее потребление энергии оборудования, необходимое напряжение и время автономной работы. LiFePO4 аккумуляторы часто предпочтительны для широкого спектра применений из-за сочетания характеристик, но для каждого случая важна индивидуальная оценка потребностей.