Как подобрать ёмкость АКБ для резервного и автономного питания

Отредактировано 2.04.2020


При расчете системы автономного электроснабжения важно правильно выбрать емкость аккумуляторной батареи. Этим обеспечивается нужное время работы аккумулятора.

Самое важное - правильно рассчитать нагрузку. Нагрузка рассчитывается исходя из данных вашей нагрузки и режимов ее работы (т.е. когда и сколько будет работать нагрузка данной мощности в течение определенного периода времени, например дня или недели). Это количество электроэнергии нужно поделить на напряжение аккумуляторной батареи (12, 24 или 48 В) для получения значения необходимой емкости.

Например, надо рассчитать следующие параметры для резервной системы на 2 суток работы:
- мощность насоса — 50 Вт (работает 24 часа в сутки)
- мощность нескольких энеросберегающих ламп — 100 Вт (работают в общей сложности 3 часа в сутки)
- срок работы резервной системы — 2 суток
Необходимо рассчитать емкость аккумуляторной батареи с учетом 100% разрядного цикла.
Расход электроэнергии за 2 суток составит (50*24*2)+(100*3*2)=3000 Вт*час.
С учетом потерь в инверторе (возьмем для расчета — 10%) расход электроэнергии составит 3300 Вт*час.
При напряжении 12 В, необходимый номинал составит 3300/12=275 А*час.

Есть и другой вариант расчёта, для определенной нагрузки. Сначала считаем мощность и выбираем напряжение аккумулятора и ищем потребляемый ток по формуле [ток]=[мощность] / [напряжение]. 

Далее ищем необходимую ёмкость аккумулятора по формуле [ёмкость АКБ]=[потребялемый ток] * [необходимое время работы].

Если считается несколько нагрузок то потом ёмкости складываются.

Например, возьмем данные с примера выше и решим использовать аккумулятор на 12 В.
Считаем ток насоса: 50/12=4,17 А
Считаем ток ламп: 100/12=8,33 А
Не забываем про потери в инверторе. Возьмем для расчета 10%. Тогда для насоса ток будет 4,58 А, а для ламп 9,16 А
Считаем ёмкость аккумулятора для насоса: 4,58*48=220,18 Ач
Считаем ёмкость аккумулятора для ламп 9,16*6=54,98 Ач
Складываем ёмкости 220,18+54,98=275,15 Ач
Расчёты практически совпадают.

После расчётов (если ёмкость АКБ большая) решают сколько АКБ будет использоваться. Например, в получившихся примерах это может быть 5 АКБ ёмкостью 55 Ач или 3 АКБ ёмкость 100 Ач. Аккумуляторы при этом подключаются параллельно и должны быть одной ёмкости. А можно обойтись и одним аккумулятором на 300 Ач

Некоторые рекомендуют проводить расчёт ёмкости при малом времени разряда с коэффициентом. Так, при времени работы аккумулятор 6 часов рассчитанную емкость аккумулятора нужно увеличить на 20%, при 4 часах - на 30 %, при при 2 часах - на 40%, а при требуемом времени 30 минут - удвоить рассчитанную емкость аккумулятора.

Например, нужная ёмкость АКБ составляет 75 Ач, но необходимое время работы равно двум часам. Поэтому необходимо увеличить рассчитанную ёмкость АКБ на 40% . Проведем расчёт на сколько нужно увеличить ёмкость 75*40%= 30 Ач, т.е. надо выбирать АКБ мощность 30+75=105 Ач.

 

Значение ёмкости нужно умножить на коэффициент старения аккумулятора. Усредненный можно взять равный 1,25. Но лучше всего для более точного определения этого коэффициента использовать график зависимости емкости аккумуляторной батареи от срока службы, данную информацию вы сможете найти в описании на выбранную аккумулятор.

Например, у нас есть такой график

Если срок службы АКБ составляет 5 лет, то после 5 лет службы у аккумуляторной батареи останется 70% емкости от начальной. Соответственно коэффициент старения составит 100%/70% = 1,43.

Также учитывайте что при увеличении температуры на каждые 10º С от стандартной (20º С) срок службы батареи сокращается в 2 раза

Если предусмотрены пополнение электроэнергии (например, от солнечных батарей), то надо ввести поправки.

Например, солнечные батареи выдают 500 Вт в сутки. Тогда при напряжении 12 В, необходимый номинал для первого расчета составит составит (3300-500*2)/12=192 А*час

Не забывайте и об допустимой глубине разряда АКБ, который не должен превышать 30-40% для герметичных необслуживаемых батарей, и 20% для стартерных батарей. Это средние цифры, так как при быстром разряде большими токами допускается более низкое конечное напряжение батарей. Потом ёмкость АКБ умножайте на этот коэффициент.

Например, если у вас стартерная батарея то коэффициент будет 100%/80% = 1,25.

Ёмкость АКБ понижается с понижением температуры. Используется коэффициент от 1 до 2,5. Гелевые аккумуляторы меньше теряют емкость при понижении температуры, AGM и стартерные обычно имеют емкость в 2 раза ниже номинальной уже при 0°C и при дальнейшем понижении температуры их полезная емкость резко падает.

В конце всех расчётов сделайте проверку АКБ.

В спецификации аккумулятора обычно указывается нагрузка мощность на элемент (банку) (Pэл). Что бы ее посмотреть, сначала определим нагрузку на один АКБ. Для этого общую нагрузку поделим на количество аккумуляторов. Далее для получения Pэл надо получившуюся мощность разделить на количество элементов в АКБ.

Далее надо посмотреть энергоотдачу аккумулятора, т.е. сколько способен отдать мощности АКБ за определенное время (в английской версии будет что-то типа "Constant Power Discharge Characteristics"). Она выполняется в виде таблицы или графика. Значение Pэл должно быть выше расчётного.

В спецификации так же можно посмотреть разрядный ток (в английской версии будет что-то типа "Constant Current Discharge Characteristics") на каждый элемент (банку). Расчётный ток должен быть меньше указанного на графике или в таблице.