Akumulatory przemysłowe i sposób zarządzania ich pracą

Akumulator to rodzaj ogniwa galwanicznego, które przetwarza energię chemiczną bezpośrednio w energię elektryczną.

Szczególnymi cechami akumulatorów są możliwość powtórnego naładowania oraz umiejętność magazynowania energii elektrycznej. Dzięki temu są integralną częścią systemów zasilania gwarantowanego – systemów, które utrzymują stałe zasilanie, nawet w przypadku zaniku napięcia lub zakłóceń w sieci energetycznej.

Mimo swoich zalet i szerokiego zastosowania w przemyśle, akumulatory są również pewnym problemem w temacie zasilania gwarantowanego, ponieważ posiadają ograniczoną pojemność, żywotność oraz są wrażliwe na różne warunki pracy, takie jak temperatura, co może wpływać na ich przedwczesną utratę pojemności lub nieprawidłową pracę.

W celu zwiększenia wydajności i zabezpieczenia akumulatorów przed ciężkimi warunkami pracy stosuje się tzw. systemy zarządzania pracą akumulatorów. Szybki rozwój technologiczny takich systemów wpływa na efektywność pracy akumulatorów, m.in. skuteczność konwersji energii elektrycznej, oraz pozwala monitorować pracę ogniw galwanicznych w czasie rzeczywistym, w efekcie czego równoważy wolny rozwój technologii chemicznych źródeł prądu.

RODZAJE AKUMULATORÓW PRZEMYSŁOWYCH

Najczęściej spotykanym typem ogniw przemysłowych są wersje kwasowo-ołowiowe. Zapewniają duży komfort użytkowania, ponieważ nie wymagają konserwacji elektrolitu oraz mogą pracować w dowolnej pozycji przez brak płynnego elektrolitu. Głównymi przedstawicielami są typy szczelne SLA / VRLA, nazywane często akumulatorami bezobsługowymi. Dzięki szczelnym obudowom nie wydzielają kwaśnych oparów oraz szkodliwych gazów przy normalnej eksploatacji, dlatego są nieszkodliwe dla otoczenia i bezpieczne w użytkowaniu.

Bezobsługowe akumulatory SLA są wykonane w dwóch technologiach, które różnią się sposobem wiązania elektrolitu:

• Akumulatory AGM (Absorbed Glass Mat) – cały elektrolit jest wchłonięty przez włókna szklane o dużej porowatości pomiędzy separatorami, umieszczonymi między ołowianymi płytami akumulatora.
• Akumulatory żelowe – elektrolit jest masą żelową w wyniku dodania krzemionki SiO2.

Akumulatory AGM posiadają wyższe napięcie na zaciskach i są w stanie dłużej pracować, co wynika z ich niższej rezystancji wewnętrznej niż akumulatorów żelowych. Dodatkowo, posiadają większą pojemność, ponieważ w akumulatorach żelowych część elektrolitu to czynnik żelujący.

Z drugiej strony, akumulatory żelowe zapewniają lepsze chłodzenie ogniw i większą odporność na wibracje oraz wstrząsy. Kolejnymi zaletami jest możliwość regeneracji po wielogodzinnych zwarciach i odporność  na przeładowania.
Technologia AGM najczęściej wykorzystywana jest w zasilaczach UPS do pracy cyklicznej, natomiast wersja żelowa sprawdza się w zasilaczach buforowych.

Akumulatory litowo-jonowe to kolejny typ akumulatorów, który coraz częściej znajduje rozwiązanie w aplikacjach specjalistycznych i przemysłowych. Działanie akumulatorów Li-Ion opiera się na przemianach chemicznych, które następują w wyniku przechodzenia dodatnich jonów w elektrolicie pomiędzy katodą a anodą. Katoda wykonana jest ze związków litu, natomiast anoda zazwyczaj z materiałów węglowych.

Cechami charakterystycznymi takich akumulatorów są:

• Duża pojemność przy stosunkowo małym rozmiarze;
• Brak efektu pamięci (możliwość ładowania w dowolnym momencie);
• Niska waga ogniw;
• Przyjazny dla środowiska (brak metali ciężkich, możliwość recyklingu);
• Wysoka żywotność;
• Duża gęstość energii;
• Praca w wysokim zakresie temperatury pracy.

SYSTEMY ZARZĄDZANIA AKUMULATORAMI

Poprzez stały nacisk na wykorzystywanie nowych technologii, które osiągają znacznie lepsze wyniki i mają większą żywotność od swoich poprzedników, akumulatory Li-Ion powoli zastępują starsze rozwiązania, tam gdzie ich zastosowanie wpłynie pozytywnie na wydajność urządzenia końcowego.

Aby jak najlepiej wykorzystać akumulatory, jednocześnie zapewniając im ochronę przed warunkami otoczenia, w których pracują, większość przedsiębiorstw wykorzystuje dodatkowe systemy, które wspomagają pracę takich akumulatorów.

BMS (Battery Management Systems)

Systemy BMS to elektroniczne układy kontrolne, które monitorują i regulują ładowanie oraz rozładowywanie baterii. Monitorowane charakterystyki najczęściej obejmują wykrywanie typu baterii, napięcia, temperatury, pojemności, stanu naładowania, zużycia energii, pozostałego czasu pracy, cykli ładowania oraz wiele innych.

Zadaniem systemów zarządzania bateriami jest zapewnienia optymalnego wykorzystanie resztek energii zawartej w ogniwach. Aby zwiększyć żywotność baterii, systemy BMS chronią akumulatory przed głębokim rozładowanie oraz przed przepięciami, które mogą być wynikiem szybkiego ładowania oraz wysokiego prądu rozładowania. Jeżeli posiadamy baterie wielokomorowe, BMS zapewnia również funkcję równoważenia ogniw, aby każde ogniwa baterii miały takie same wymagania związane z ich ładowaniem i rozładowywaniem.

Na rynku dostępnych jest wiele rodzajów systemów BMS. Systemy zarządzania bateriami najlepiej dobrać z pomocą specjalisty, który po określeniu wymagań, jakie BMS powinien spełniać, będzie w stanie zaproponować konkretne rozwiązania.