Акумулятор як джерело енергії, АКВАМАРИН
Існує кілька видів акумуляторів. Найпоширенішими та найчастіше використовуваними на суднах є свинцево-кислотні акумулятори. Менш поширені нікель-кадмієві (NiCad) батареї, які часто можна зустріти в старих системах аварійного енергопостачання. Складний метод зарядки і низька екологічність роблять ці батареї непридатними для використання в суднових системах.
Принцип роботи свинцево-кислотного акумулятора
Акумулятор – це пристрій, що перетворює електроенергію на хімічну енергію. Ця енергія може бути перетворена назад на постійний електричний струм для живлення споживачів. Батарея складається з кількох елементів з напругою 2 кожен. 12 В батарея складається з шести елементів, послідовно з'єднаних і розміщених в одному корпусі. Для отримання напруги 24 В дві 12 В батареї з'єднуються послідовно. Кожен елемент містить позитивні пластини з діоксиду свинцю та негативні пластини зі свинцю занурені в електроліт, що складається з води та сірчаної кислоти. Всі ці компоненти утворюють акумуляторний елемент з напругою 2 Ст.
При розрядці окис свинцю на пластинах перетворюється на сульфат свинцю. Концентрація кислоти зменшується, тому що сірчана кислота витрачається за цієї реакції. Щоб зарядити батарею, необхідно підключити до неї зовнішнє джерело енергії (наприклад, зарядний пристрій) з напругою приблизно 2,38 на кожний елемент. Сульфат свинцю при цьому перетворюється назад на окис свинцю, а концентрація сірчаної кислоти підвищується. Для напруги заряду встановлені межі, що дозволяють запобігти надмірному виділенню водню. Напруга заряду більше 2,4 на елемент призводить до інтенсивного виділення водню,що утворює дуже вибухонебезпечну суміш у контакті з киснем повітря. Верхня межа зарядної напруги при 25 0 C для 12 вольтової батареї становить 14,25 В, а для 24-вольтової – 28,5 В. У таблиці показано залежність між рівнем заряду батареї та відносною щільністю електроліту (води/сірчаної кислоти):
Різні типи батарей, що відрізняються товщиною та числом пластин на елемент, мають різне застосування. Максимальний струм батареї визначається повною площею пластин. Кількість циклів заряджання/розрядження залежить від товщини пластин. У корпусі батареї певного розміру і ваги може бути багато тонких пластин, або невелика кількість товстих.
Стартертний акумулятор
Елементи стартерного акумулятора містять багато тонких пластин, загальна площа яких дуже велика. Тому акумулятор може забезпечувати високий струм за невеликий проміжок часу. Повністю розряджати стартерну батарею можна приблизно 50 разів. Однак, оскільки при запуску двигуна використовується лише мала частина запасеної енергії (приблизно 0,01%), ця батарея може працювати багато років. Акумулятори цього типу непридатні для циклічного використання (наприклад, як сервісна батарея).
Напівтягові батареї
Елементи напівтягової батареї містять менше пластин, однак ці пластини більш товсті. Ці батареї забезпечують менший струм стартера, але витримують більше циклів повної розрядки/заряджання (від 200 до 500). Акумулятори цього типу придатні для комбінованих функцій. Вони можуть використовуватися як батареї стартера та як сервісні батареї.
Тягові батареї
Акумулятори цього типу пластини ще менші, але вони дуже товсті. Можуть використовуватися як плоскі, іциліндричні пластини. Ці акумулятори можна повністю розряджати багато разів (близько 1000 повних циклів). Тому тягові акумуляторні батареї часто використовуються в малопотужному електрообладнанні в вантажопідйомниках, в промислових машинах, що чистять і т. д. Для тягових акумуляторів потрібно використовувати спеціальний метод зарядки. Високі корпуси роблять їх чутливими до накопичення сірчаної кислоти у нижній частині батареї. Це явище, зване стратифікацією (розшаруванням), відбувається тому, що щільність сірчаної кислоти більша за щільність води. Концентрація кислоти збільшується у нижній частині батареї, посилюючи локальну корозію пластин, і зменшується у верхній частині, знижуючи ємність. Це призводить до нерівномірної розрядки батареї та значно зменшує термін її служби. Щоб розподілити кислоту рівномірно, батарея повинна бути навмисно перевантажена з використанням підвищеної напруги. Перевантаження призводить до виділення великого обсягу водню, який у суміші з киснем повітря утворює вибухонебезпечну суміш. Для заряджання цих акумуляторів використовується напруга, що становить приблизно 2,7 на елемент або 16,2 для 12-вольтових систем і 32,4 для 24-вольтових. Ці високі напруги дуже небезпечні для підключеного обладнання, а великий обсяг газу, що виділяється, робить ці батареї непридатними для використання на борту суден.
Літій-іонні акумулятори
Літій-іонні акумулятори набагато перевершують також нікель-кадмієві акумулятори щодо питомої потужності та терміну служби. Крім того, літій-іонні батареї відрізняються малою вагою, оскільки літій – найлегший метал. Вони можуть також заряджатися в будь-який час, тоді як нікель-кадмієві батареї вимагають повного розряду для забезпечення оптимальної роботи та запобіганняефект пам'яті. І нарешті, літій-іонні батареї можуть забезпечувати дуже високий струм, чисельно рівний до 100% ємності, заряджаються за дуже короткий час і не мають ефекту пам'яті.
Літій-іонні акумулятори можуть заряджатися багато разів, але не нескінченно. Недоліком цих батарей є дисбаланс між елементами. Внаслідок цього дисбалансу в процесі заряджання деякі елементи швидко досягають максимального рівня заряду, в той час як інші не встигають повністю заряджатися. Останні елементи потім розряджаються швидше, призводячи до передчасного відключення батареї через зниження напруги. Внаслідок цього термін служби батареї зменшується. Для усунення цієї проблеми літій-іонні батареї Mastervolt обладнані системою керування елементами (Cell Management System), яка автоматично компенсує дисбаланс між елементами та збільшує термін їх служби.