Батерията като източник на енергия

Има няколко вида батерии. Най-често срещаните и най-често използвани на корабите са оловните батерии. По-рядко се срещат никел-кадмиевите (NiCad) батерии, които все още често се срещат в по-старите системи за аварийно захранване. Комплексният метод на зареждане и лошата екологичност правят тези батерии неподходящи за използване в морски системи.

Принципът на работа на оловно-киселинна батерия

Батерията е устройство, което преобразува електрическата енергия в химическа енергия. Тази енергия може да се преобразува обратно в постоянен електрически ток към консуматори на енергия. Батерията се състои от няколко клетки с напрежение 2 V всяка. 12 V батерия се състои от шест клетки, свързани последователно и поместени в един корпус. За да се получи напрежение 24 V, две 12 V батерии са свързани последователно. Всяка клетка съдържа плочи с положителен оловен диоксид и отрицателни оловни плочи, потопени в електролит от вода и сярна киселина. Всички тези компоненти образуват 2 V акумулаторна клетка.

При изхвърляне оловният оксид върху плочите се превръща в оловен сулфат. Концентрацията на киселина се намалява, тъй като сярната киселина се изразходва в тази реакция. За да заредите батерията, трябва да свържете външен източник на захранване (като зарядно устройство) с напрежение приблизително 2,38 V на клетка. В този случай оловният сулфат се превръща обратно в оловен оксид и концентрацията на сярна киселина се увеличава. Задават се граници за напрежението на заряда, за да се предотврати прекомерното отделяне на водород. Зареждащите напрежения над 2,4 V на клетка водят до интензивно отделяне на водород, което образува силно експлозивна смес в контакт с атмосферния кислород. Горната граница на зареждащото напрежение при 25 ° C за 12 волта батерия е 14,25 V, а за батерия 24 волта е 28,5 V. Таблицата показва връзката между нивото на зареждане на батерията и относителната плътност на електролита (вода/сярна киселина):

Различните видове батерии, различни по дебелина и брой плочи на клетка, имат различно приложение. Максималният ток на батерията се определя от общата площ на плочите. Броят на циклите на зареждане/разреждане зависи от дебелината на плочите. Батерията с определен размер и тегло може да съдържа или много тънки пластини, или малък брой дебели.

Стартерна батерия

Стартовите клетки на акумулатора съдържат много тънки пластини, чиято обща площ е много голяма. Следователно този тип батерии могат да осигурят голям ток за кратък период от време. Стартерната батерия може да бъде напълно разредена приблизително 50 пъти. Тъй като обаче само малка част от съхранената енергия (приблизително 0,01%) се използва при стартиране на двигателя, тази батерия може да издържи много години. Батериите от този тип не са подходящи за циклична употреба (например като сервизна батерия).

Полутягови батерии

Полу-тяговите акумулаторни клетки съдържат по-малко плочи, но тези плочи са по-дебели. Тези батерии осигуряват по-малко стартов ток, но издържат на по-пълни цикли на разреждане/зареждане (200 до 500). Батериите от този тип са подходящи за комбинирани функции. Те могат да се използват като стартерни батерии и като сервизни батерии.

Тягови батерии

Плочите на този тип батерии са още по-малки, но са много дебели. Могат да се използват както плоски, така и цилиндрични плочи. Тези батерии могат да бъдат напълно разредени многократно (около 1000 пълни цикъла). Следователно тяговите батерии често се използват в електрическо оборудване с ниска мощност в мотокари, промишлени машини за почистване и др. Високите корпуси ги правят податливи на натрупване на сярна киселина в долната част на батерията Това явление, наречено стратификация (стратификация), възниква, защото плътността на сярната киселина е по-голяма от плътността на водата. Концентрацията на киселина се увеличава в долната част на батерията, увеличавайки локалната корозия на плочите и намалява в горната част, намалявайки капацитета. Това води до неравномерно разреждане на батерията и значително намалява живота на батерията. За да се разпредели равномерно киселината, акумулаторът трябва умишлено да се презареди, като се използва повишено напрежение.
Претоварването води до отделяне на голям обем водород, който при смесване с атмосферен кислород образува експлозивна смес. Тези батерии използват приблизително 2,7 V на клетка или 16,2 V за 12-волтови системи и 32,4 V за 24-волтови системи. Тези високи напрежения са много опасни за свързаното оборудване и големият обем произведен газ прави тези батерии неподходящи за използване на борда на кораби.

Литиево-йонни батерии

Литиево-йонните батерии също са далеч по-добри от никел-кадмиевите батерии по отношение на плътността на мощността и експлоатационния живот. Освен това литиево-йонните батерии са леки, тъй като литийът е най-лекият метал. Те също могат да се зареждат по всяко време, докато NiCd батериите изискват пълно разреждане, за да осигурят оптимална производителност и да предотвратят ефекта на паметта. И накрая, литиево-йонните батерии могат да доставят много висок ток до 100% капацитет, да се зареждат за много кратко време и да нямат ефект на паметта.

Литиево-йонните батерии могат да се зареждат многократно, но не безкрайно. Недостатъкът на тези батерии е естественият дисбаланс между клетките. В резултат на този дисбаланс по време на зареждане, някои клетки бързо достигат максималното си ниво на зареждане, докато други не се зареждат напълно. След това последните клетки се разреждат по-бързо, което води до преждевременно изключване на батерията поради понижено напрежение. В резултат животът на батерията се намалява. За да се премахне този проблем, литиево-йонните батерии Mastervolt са оборудвани със система за управление на клетки, която автоматично компенсира дисбаланса между клетките и увеличава живота им.