Предварительный выбор ёмкости. Рабочий и буферный энергозапас

Прежде всего необходимо определиться с общей энергоёмкостью блока аккумуляторов. В большинстве случаев можно сказать, что рабочий энергетический запас такого блока следует выбирать примерно равным расчётному среднесуточному потреблению в минимально приемлемом режиме. Например, для аварийного режима это будет 2 кВт·ч, для базового — 4 кВт·ч,для умеренного — 5 кВт·ч и т.д.

Теперь оценим энергозапас аккумулятора. Возьмём, например, аккумулятор на 12 В с номинальной ёмкостью 100 А·ч. Если судить по номинальной ёмкости, то его энергозапас составляет 12 В · 100 А · 3600 с = 4.32·10⁶Дж, т.е. 1.2 кВт·ч. Однако обычно производитель гарантирует лишь около 250 циклов полного разряда, и если аккумулятор ежедневно «высасывать» до конца, то вряд ли он протянет более полугода. Чтобы аккумулятор прослужил 10 лет, степень регулярного разряда должна быть гораздо меньше. Считается, что в так называемом «буферном» режиме работы, обеспечивающем наибольшую долговечность аккумулятора, глубина разряда не должна превышать 20% от номинальной ёмкости, т.е. в нашем случае 0.24 кВт·ч. Впрочем, можно принять, что пару раз за год при особо неблагоприятном стечении обстоятельств глубина разряда может превысить буферное значение раза в два — это не вызовет существенного сокращения срока службы, но позволит вдвое уменьшить количество аккумуляторов. Поэтому рабочую (т.е. расчётную для предельного случая) ёмкость аккумуляторов следует считать в 2.5.. 3 раза меньше их номинальной ёмкости. Таким образом, на относительно небольшой нагрузке (ток разряда в пределах 5% от номинальной ёмкости) рабочий энергозапас одного аккумулятора на 100 А·ч можно считать примерно равным 0.5 кВт·ч, т.е. для обеспечения рабочей энергоёмкости блока аккумуляторов 2 кВт·чследует взять 4 таких аккумулятора, соединив их в соответствии с выбранным низковольтным напряжением по одной из схем, показанных на рисунке выше. Для рабочей ёмкости 4 кВт·чнеобходимо уже 8 таких аккумуляторов, т.е. число их сборок надо удвоить. При этом буферный энергозапас, используемый ежедневно, следует считать как минимум вдвое меньше рабочего — для 12-вольтовых аккумуляторов он будет 0.125, 0.25 и 0.5 кВт·ч при ёмкости 50, 100 и 200 А·ч соответственно.

Впрочем, это ещё не всё. Автомобилисты со стажем знают, что реально отдаваемая аккумулятором энергия очень сильно зависит и от окружающей температуры, и от тока нагрузки. Например, по формальному расчёту типовой автомобильный аккумулятор ёмкостью 50 А·ч должен обеспечить 30 минут работы при токе нагрузки 100 А (кручение стартёра на горячем двигателе) или 10 минут при токе нагрузки 300 А (холодный старт в зимнее время). Но в реальности хорошо, если даже летом удастся покрутить стартёр в сумме всего 3-5 минут, причём лишь по нескольку секунд за сеанс и с перерывами между сеансами для «отдыха» аккумулятора. Затем стартёр уже не сможет крутиться с нужной скоростью, а лампочки на приборной доске в это время будут еле тлеть. Однако при снятии нагрузки от стартёра лампочки снова загораются и светят достаточно ярко — при уменьшении потребления напряжение аккумулятора тут же восстанавливается до приемлемого уровня. Поэтому нагрузка на аккумулятор очень важна для времени его работы до момента, когда сработает защита от переразряда — один и тот же аккумулятор может несколько часов питать лампочку мощностью 100 Вт, но его хватит лишь на несколько минут работы киловаттного мотора. Таким образом, если предполагается длительное подключение мощной нагрузки при питании от аккумуляторов, количество аккумуляторов следует увеличить по сравнению с тем же расчётным энергозапасом для относительно слабой нагрузки (для большой нагрузки рабочий энергозапас надо считать равным буферному).

Как выбрать ёмкость отдельного аккумулятора? Скажем, 24-вольтовый блок на 2 кВт·ч можно собрать из восьми 12-вольтовых аккумуляторов по 50 А·ч, четырёх по 100 А·ч или двух по200 А·ч. В данном случае я предпочитаю 100-амперчасовые аккумуляторы. 200-амперчасовые весьма громоздки и весят 65.. 75 кг, так что даже передвинуть их в одиночку совсем непросто, особенно в тесных неудобных местах. В то же время аккумуляторы по 50 А·ч потребуют слишком большого числа соединений, а это увеличивает трудоёмкость монтажа и снижает надёжность. 100-амперчасовые аккумуляторы весят менее 40 кг, и их не так сложно поднять, поставить или передвинуть одному человеку, при этом число коммутаций вдвое меньше, чем при использовании 50-амперчасовых, а суммарная цена блока аккумуляторов будет немного ниже.

Следует подчеркнуть, что это лишь предварительный выбор ёмкости, и её обязательно следует проверить на соответствие параметрам заряда и разряда, заявленным производителем аккумуляторов. Именно они имеют приоритетное значение.