WalutyW pierwszej części artykułu zapoznaliśmy Was z typami obecnych na rynku akumulatorów oraz obszarami ich zastosowań. Teraz rozpatrzymy czynniki, od których zależy właściwy dobór akumulatora do przetwornicy napięcia.
Charakterystyka pracy przetwornicy - ważne kryterium doboru akumulatora
Dobór akumulatora do przetwornicy napięcia nie jest prosty i wymaga wiedzy o celu jej zastosowania. Różne scenariusze użycia przetwornic mogą znacząco wpłynąć na wymagania stawiane akumulatorowi. Dobór ten podyktowany jest między innymi sposobem, w jaki pracować będzie przetwornica. Do decydujących czynników należą:
- Częstotliwość i czas pracy. Jeżeli przetwornica ma być używana sporadycznie i na krótkie okresy, akumulator o mniejszej pojemności i niższej zdolności cyklicznej może być wystarczający. Dla systemów, które mają działać ciągle lub przez długie okresy, lepszym rozwiązaniem będą akumulatory o większej pojemności i lepszej wydajności w długotrwałym cyklu pracy.
- Obciążenia. Różne rodzaje obciążenia (stałe, zmienne, impulsowe) mogą wpływać na wydajność akumulatora. Ważne jest, aby akumulator miał odpowiednią zdolność rozładowywania, aby sprostać najwyższym wymaganiom przetwornicy.
- Warunki środowiskowe. Temperatura, wilgotność i inne czynniki środowiskowe mogą wpływać na wydajność akumulatora. W środowiskach o ekstremalnych temperaturach potrzebne mogą być akumulatory ze specjalnymi właściwościami, takimi jak lepsza odporność na niskie lub wysokie temperatury.
Właściwe dopasowanie parametrów akumulatora
- Napięcie. Napięcie akumulatora musi odpowiadać napięciu wejściowemu przetwornicy. Typowe wartości to 12 V, 24 V lub 48 V. Użycie akumulatora o nieodpowiednim napięciu może prowadzić do uszkodzenia przetwornicy lub jej nieefektywnej pracy.
- Pojemność. Pojemność akumulatora, wyrażona w amperogodzinach (Ah), powinna być dostosowana do oczekiwanego czasu pracy przetwornicy na jednym ładowaniu. Wartość ta zależy od sumarycznego poboru mocy przez urządzenia podłączone do przetwornicy. Warto przeprowadzić symulację obciążenia, aby określić wymaganą pojemność. Aby dobrze dobrać pojemność akumulatora do potrzeb przetwornicy, musimy skoncentrować się na wyliczeniu całkowitego zapotrzebowania energetycznego systemu i uwzględnieniu wpływu różnych czynników na wydajność akumulatora. Oto szczegółowe wzory i zalecenia:
Wzór na pojemność akumulatora
Podstawowym wzorem, który pomoże określić wymaganą pojemność akumulatora C w amperogodzinach (Ah), jest:
C = P x t/V x η
gdzie:
- P to całkowita moc (w watach) wymagana przez urządzenia podłączone do przetwornicy,
- t to czas, przez który system powinien dostarczać energię na jednym ładowaniu (w godzinach),
- V to napięcie akumulatora (w woltach),
- η to sprawność systemu (uwzględniająca sprawność przetwornicy i inne straty systemowe, wyrażona jako liczba między 0 a 1).
Przykład
Załóżmy, że przetwornica zasila urządzenia o łącznej mocy 300 W, system powinien pracować przez 5 godzin, a używany akumulator ma napięcie 12 V, z kolei sprawność systemu wynosi 0,8. Wówczas:
C = 300W x 5h/12V x 0,8 ≈ 156,25 Ah
Uwzględnienie głębokości rozładowania (DOD)
Akumulatory, zwłaszcza ołowiowo-kwasowe, mają ograniczoną głębokość rozładowania, co oznacza, że nie można ich całkowicie opróżnić bez ryzyka uszkodzenia. Przykładowo, jeśli akumulator ma maksymalną głębokość rozładowania wynoszącą 50%, rzeczywista pojemność, którą można bezpiecznie wykorzystać, wynosi tylko połowę nominalnej pojemności akumulatora.
Wzór na dostępną pojemność uwzględniający DOD wygląda następująco:
Cdostępna=C × DOD
gdzie:
- DOD jest wyrażony w procentach lub jako liczba między 0 a 1.
Właściwe wyliczenie pojemności akumulatora wymaga uwzględnienia nie tylko całkowitej mocy i czasu pracy, ale także sprawności systemu oraz ograniczeń związanych z głębokością rozładowania. Wybór odpowiedniej pojemności jest istotny dla zapewnienia optymalnej pracy systemu i jego trwałości.
- Prąd rozładowania. Akumulator musi być w stanie dostarczyć maksymalny prąd, jaki może potrzebować przetwornica pod obciążeniem. Niedobór prądu może prowadzić do spadków napięcia i resetowania urządzeń. Prąd rozładowania akumulatora można wyliczyć na podstawie mocy, której wymaga przetwornica i napięcia baterii:
I= P/V
gdzie:
- I to prąd rozładowania (w amperach, A),
- P to moc wymagana przez przetwornicę (w watach, W),
- V to napięcie akumulatora (w woltach, V).
Przykład
Jeżeli przetwornica wymaga mocy 300 W, a akumulator ma napięcie 12 V, prąd rozładowania wyniesie:
I = 300 W/12 V = 25A
Zestawienia akumulatorów w zależności od mocy przetwornicy napięcia
Zestawienia akumulatorów w zależności od mocy przetwornicy napięcia traktujemy jako ogólne wytyczne, które pomogą w doborze odpowiedniej baterii.
Dobór akumulatora do przetwornicy napięcia a budżet i koszt eksploatacji
Cena akumulatora jest ważnym czynnikiem wyboru, jednak równie istotne jest uwzględnienie całkowitego kosztu eksploatacji, który obejmuje cykle życia akumulatora i koszty związane z jego wymianą oraz utylizacją. Na przykład akumulatory litowo-jonowe, mimo wyższego początkowego kosztu, mogą okazać się bardziej ekonomiczne od ołowiowo-kwasowych w dłuższej perspektywie z uwagi na ich dłuższą żywotność i tanie utrzymanie.
Uwagi końcowe
Dobór akumulatora do przetwornicy napięcia wymaga rozważenia wielu czynników, takich jak rodzaj i specyfika baterii, wymagania przetwornicy, warunki pracy oraz aspekty ekonomiczne. Dokładna analiza potrzeb i wymagań pomoże wybrać najlepsze rozwiązanie, które zapewni efektywność, niezawodność i bezpieczeństwo użytkowania. Mamy nadzieję, że nasz artykuł okaże się w tym pomocny.