+7 (495) 785-17-67
1. ВВЕДЕНИЕ
Компания БЕЛЫЙ СВЕТ, при разработке и производстве новых изделий, нацелена на увеличение сроков эксплуатации оборудования, поэтому инженеры компании закладывают максимальный ресурс в используемые компоненты, а также на щадящее использование при эксплуатации. Пример такой технологии - технология DUOLED, которая разрешает не менять источники света в световом приборе в течение срока эксплуатации.
Сегодня представляем - Технологию GВС, которая разработана, в первую очередь для увеличения срока службы АКБ, и применятся в источниках аварийного питания серий STABILAR.LED, STABILAR.UNI и STABILAR.MAX.
Технология GBC (Gentle battery charge© – бережный заряд батареи) – технология заряда аккумуляторных батарей, предназначенная для увеличения срока службы АКБ и экономии электроэнергии.
Срок службы АКБ увеличивается за счет снижения нагрева во время заряда и подзаряда, а экономия электроэнергии обеспечивается за счет снижения паразитной мощности, потерь в режиме ожидания (по ГОСТ Р 55701.1-2013) и номинальной мощности зарядки батареи светильника аварийного освещения.
2. НОРМАТИВНАЯ БАЗА И ОПРЕДЕЛЕНИЯ
ГОСТ Р 55701.1-2013/IEC/PAS 62722-1:2011 «Светильники. Часть 1. Общие требования к характеристикам.»
3.1. потребляемая мощность (input power): Полная потребляемая мощность, в том числе паразитная, потребляемая светильников, включая все его компоненты.
3.2. паразитная мощность (parasitic power): Электрическая мощность, потребляемая цепью зарядки аккумуляторов светильника для аварийного освещения, резервная мощность внешних регулирующих устройств и встроенных в светильник устройств управления при выключенном светильнике.
3.3. потери в режиме ожидания* (standby losses): Электрическая мощность, потребляемая выключенным светильником.
3.4. номинальная мощность зарядки светильников аварийного освещения (rated emergency lighting charging power): Электрическая мощность, потребляемая цепью зарядки светильников аварийного освещения.
3.5. эффективность (световая отдача) светильника (luminaire efficacy): отношение светового потока светильника при установившемся тепловом режиме к потребляемой электрической мощности.
*Следует учитывать, что термин «Режим ожидания» по ГОСТ Р 55701.1-2013 и ГОСТ IEC 60598-2-22 «Светильники. Часть 2-22. Частные требования. Светильники для аварийного освещения» имеют разные определения, в ГОСТ IEC 60598-2-22 термин «Режим ожидания» имеет следующее определение:
Режим ожидания: Состояние автономного светильника, при котором он преднамеренно находится в выключенном состоянии, пока отключена сеть питания, и который, в случае возобновления питания рабочего освещения, автоматически возвращается в рабочий режим. [пп. 22.3.18]
В характеристиках световых приборах на сайте belysvet.ru и в паспортах на продукцию, термину «Режим ожидания» по ГОСТ Р 55701.1-2013, соответствует параметр «Номинальная потребляемая мощность в непостоянном режиме, Вт».
ГОСТ IEC 60598-2-22-2012 устанавливает требования для аккумуляторных батарей, применяемых в автономных светильниках аварийного освещения.
«22.6.8 Автономные аварийные светильники должны иметь аккумуляторы, удовлетворяющие требованиям приложения A и рассчитанные не менее чем на 4 года нормальной работы»
3. ТЕХНОЛОГИЯ GBC ДЛЯ NiCd и NiMH АКБ. ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ
Технология GВС (Gentle battery charge© – бережный заряд батареи) разрешает увеличить расчётный срок службы NiCd и NiMH аккумуляторных батарей с 4-х до 5-ти лет при температуре окружающей среды до +40°C по сравнению с традиционным методом постоянного подзаряда малым током величиной 0,05C. При этом обеспечивается компенсация саморазряда аккумуляторной батареи в рабочем диапазоне температур. Дополнительное преимущество технологии GBC - снижение номинальной мощности зарядки светильника (источника аварийного питания) от 30% до 80%, после полной зарядки аккумуляторной батареи в зависимости от ёмкости АКБ и модели источника аварийного питания.
ГОСТ IEC 60598-2-22-2012 устанавливает требования для аккумуляторных батарей, применяемых в автономных светильниках аварийного освещения.
«22.6.8 Автономные аварийные светильники должны иметь аккумуляторы, удовлетворяющие требованиям приложения A и рассчитанные не менее чем на 4 года нормальной работы»
Традиционно в светильниках аварийного освещения применяются высокотемпературные серии NiCd или NiMH аккумуляторов ( с режимами разряда - LT, МТ или НТ) с постоянной подзарядкой малым током величиной 0,05C. Это разрешает использовать простые и недорогие зарядные устройства, получая требуемый срок службы аккумулятора - 4 года. Зависимость температуры АКБ от кривой заряда, представлена на рис.1, где
TS – стандартная температура АКБ, при токе постоянной подзарядки 0,05С;
IS – стандартный ток зарядки АКБ 0,05С.
Рис.1. Зависимость температуры АКБ от тока заряда стандартных зарядных устройств.
Основной проблематикой использования стандартных зарядных устройств в источниках аварийного питания является - не изменяемый ток заряда АКБ, как мы видим на рис.1, в течение первых 24 часов заряда АКБ, температура АКБ не повышается, это происходит потому что, энергия тратится на электрохимические реакции внутри АКБ с целью её заряда. После того как АКБ заряжена, обычно это 24 часа, а ток постоянной подзарядки остался таким же - 0,05С, как и ток заряда АКБ, энергия тратится на нагрев аккумуляторной батареи, и через несколько часов стабилизируется на уровне примерно 50 °С.
Основной проблематикой использования стандартных зарядных устройств в источниках аварийного питания является - не изменяемый ток заряда АКБ.
В стандарте ГОСТ Р МЭК 60285-2002 «Аккумуляторы и батареи щелочные. Аккумуляторы Никель-Кадмиевые герметичные цилиндрические» указывается, каким именно испытанием подтверждается расчётный срок службы 4 года для высокотемпературных аккумуляторов при постоянной подзарядке.
«4.4.2.2. Наработка длительным зарядом аккумуляторов типов LT, МТ или НТ
Испытание на наработку длительным зарядом проводят в три этапа в соответствии с таблицей 7.
Испытания состоят из:
- проверки эффективности заряда;
- периода старения - выдержка в течение 6 мес. при температуре +70°С;
- заключительной проверки эффективности заряда для контроля аккумуляторов после периода старения.
Примечание - Температуру +70 °С оценивают как имитирующую длительный заряд в течение четырех лет при температуре +40 °С»
Испытания, в стандарте ГОСТ Р МЭК 60285-2002 «Аккумуляторы и батареи щелочные. Аккумуляторы Никель-Кадмиевые герметичные цилиндрические», имитирующие длительный заряд в течение 4-х лет при температуре +40°C, основываются на законе Аррениуса, согласно которому срок службы увеличивается в 2 раза при снижении температуры на 10°C (или уменьшается в 2 раза при повышении температуры на 10°C):
Исходно длительность испытаний 6 месяцев при +70°C.
- При снижении температуры на 10°C до +60°C срок службы удваивается до 1 года.
- При следующем снижении температуры на 10°C до +50°C срок службы снова удваивается до 2-х лет.
- И наконец, при последнем снижении температуры на 10°C до +40°C срок службы снова удваивается до 4-х лет.
Математически закон Аррениуса описывается формулой
К – это коэффициент, на который нужно умножить ресурс при снижении температуры на 
Воспользовавшись, математической формулой закона Аррениуса, мы можем вычислить необходимое снижение температуры аккумулятора, чтобы увеличить его ресурс с 4-х лет до 5-ти лет или в 1,25 раза (+25 %). Проведенный расчет показывает, что требуется снижение температуры аккумуляторной батареи - всего на 3,3°C.
Такое снижение температуры может быть достигнуто снижением тока постоянной подзарядки после полного заряда аккумуляторной батареи (после 24 часов) см. Рис. 2, где:
TS – стандартная температура АКБ, при токе постоянной подзарядки 0,05С;
TGBC–температура АКБ, при токе постоянной подзарядки (функция GВС) 0,0225С;
∆T – разница температур TS и TCBC, типично 6-8 °С;
IS – стандартный ток зарядки АКБ 0,05С;
IGBC – пониженный ток постоянной подзарядки (функция GВС) 0,0225С;
∆I – разница в токах постоянной подзарядки IS и IGBC.
Рис.2. Зависимость температуры АКБ от тока постоянной подзарядки – технология GВС.
В испытаниях по стандарту ГОСТ Р МЭК 60285-2002 в качестве тока постоянной подзарядки на период старения установлена традиционная величина 0,05C. Она позволяет гарантированно зарядить аккумулятор за 24 часа (как требует ГОСТ IEC 60598-2-22-2012). Однако для последующей компенсации саморазряда с целью постоянного поддержания аккумулятора в заряженном состоянии она избыточна.
Типичные значения саморазряда при +40°C составляют около 0,125С за первую неделю для Ni-Cd и около 0,175C за первую неделю для Ni-MH. Для компенсации такого саморазряда достаточно иметь ток постоянного подзаряда около 0,02C.
Измерения нагрева различных типов аккумуляторов показывают, что перегрев относительно окружающей среды при постоянном заряде током 0,05C может достигать 6,5…9°C. При снижении тока постоянного подзаряда до 0,0175…0,0225C перегрев снижается на 4…5°C. Это позволяет утверждать, что расчётный ресурс аккумулятора может быть увеличен в 1,25 раза (+25%) , т.е. с 4-х до 5-ти лет.
С учетом того, что в блоках аварийного питания производства ООО «Белый свет 2000» аккумуляторные АКБ закладываются с запасом, график разряда (деградации) АКБ (светового прибора с нормируемым временем автономной работы - 1 час) во времени представлен на Рис.3., где:
СS - график деградации ёмкости АКБ в зависимости от времени службы, при эксплуатации со стандартным зарядным устройством;
СGBC - график деградации ёмкости АКБ в зависимости от времени службы, при эксплуатации с зарядным устройством с функцией GВС.
Рис.3. Зависимость деградация АКБ от срока службы, для светового прибора с нормируемым сроком службы -1 час.
4.ТЕХНОЛОГИЯ GBC ДЛЯ LiFePO4 АКБ. ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ
Для Литий-Железно-Фосфатных(LiFePO4) АКБ функция GBC реализована, несколько другим способом, это обусловлено тем, что алгоритмы заряда LiFePO4 АКБ отличаются от алгоритмов заряда NiCd и NiMH АКБ, а низкий саморазряд LiFePO4 АКБ даёт дополнительные возможности для увеличения срока эксплуатации АКБ. Технология GBC (Gentle battery charge© – бережный заряд батареи) для LiFePO4 АКБ построена на трёх алгоритмах:
-алгоритм заряда АКБ низким током заряда;
- алгоритм заряда Start/Stop;
- алгоритм снижения напряжения конца заряда АКБ.
Стандартные зарядные устройства применяемые для LiFePO4 АКБ были разработаны для портативных устройств (телефоны, планшеты и др.) для которых очень важна скорость заряда, и поэтому ток заряда АКБ составляет обычно от 0,25С до 1С. Данный алгоритм заряда был применен и в источниках аварийного питания применяемых в аварийных светильниках и блоках аварийного питания. Требования ГОСТ IEC 60598-2-22-2012 по времени заряда АКБ – 24 часа, поэтому нет смысла нагружать АКБ быстрой зарядкой с высоким значением зарядного тока, что ускоряет деградацию АКБ, а нужно максимально продлить срок её эксплуатации. Зарядные устройства для LiFePO4 АКБ, разработанные компанией БЕЛЫЙ СВЕТ, имеют низкий ток заряда на уровне - 0,05С, т.е. как минимум в 5 раз меньше стандартных зарядных устройств! Таким образом, при заряде АКБ низким током, обеспечивается увеличение срока эксплуатации АКБ.
Важным фактом эксплуатации LiFePO4 АКБ является их низкий саморазряд, это позволяет применить в функции GBC алгоритм заряда Start/Stop. Алгоритм заряда Start/Stop построен следующим образом – примерно после 24 часов заряда, конечное напряжение на АКБ достигает заданного значения и зарядное устройство выключается полностью, т.е. ток постоянного подзаряда АКБ отсутствует (как в NiCd и NiMH АКБ). Пауза в заряде LiFePO4 АКБ может составлять от нескольких дней, до нескольких недель, тем не менее LiFePO4 АКБ подвержены саморазряду, а также имеются утечки в электронную схему источника аварийного питания. После того как напряжение на АКБ понизится на 2% от заданного значения, процессор источника аварийного питания включит зарядное устройство, которое зарядит АКБ, и снова выключится. Рис. 4.
Дополнительным фактором, повышающим ресурс и надёжность, при эксплуатации LiFePO4 аккумуляторов, является снижение напряжения конца заряда АКБ. Стандартным напряжением для LiFePO4 АКБ является 3,65+/-0,05В на элемент. По технологии GBC напряжение конца заряда снижено до 3,55+/-0,05В на элемент, таким образом, аккумулятор немного не до заряжается, что позволяет сохранить эластичность электродов и увеличить срок службы аккумулятора.
График алгоритмов заряда LiFePO4 АКБ по стандартной технологии и по технологии GBC представленs на Рис.4, где:
IS – стандартный ток зарядки АКБ 0,25С;
IGBC – ток заряда АКБ по технологии GВС 0,05С;
∆I – разница стандартного тока заряда IS и тока заряда IGBC;
US – стандартное напряжение конца заряда 3,65+/-0,05В на элемент;
UGBS – напряжение конца заряда функции GBS 3,55+/-0,05В на элемент;
∆Us – снижение стандартного напряжения (около 2%) до начала подзаряда;
∆UGBS – снижение напряжения GBS (около 2%) до начала подзаряда;
∆t – разница во времени между окончанием заряда (Stop) и началом подзаряда (Start), показано схематично, зависит от реальных условий эксплуатации АКБ.
ВЫКЛ ЗУ GBS – Выключение зарядного устройства по технологии заряда АКБ GBS.
ВЫКЛ ЗУ S - Выключение зарядного устройства по стандартной технологии заряда АКБ.
ВКЛ ЗУ – Включение зарядного устройства для подзаряда.
Рис.4. График алгоритма заряда LiFePO4 АКБ по стандартной технологии и технологии GBC.
5. ТЕХНОЛОГИЯ GВС В ИСТОЧНИКАХ АВАРИЙНОГО ПИТАНИЯ БРЕНДА STABILAR®
Зарядные устройства источников аварийного питания серий STABILAR.LED, STABILAR.UNI и STABILAR.MAX, построены на микропроцессорном управлении, что даёт возможность гибко настраивать алгоритмы заряда АКБ в зависимости от применяемой АКБ, как по электрохимической системе, так и по ёмкости. Инженеры компании БЕЛЫЙ СВЕТ подготовили прошивки (программы) для каждого процессора в зависимости от типа источника аварийного питания и АКБ, таким образом, что обеспечивается срок службы АКБ на уровне 5 лет.
Дополнительным плюсом использования технологии GВС является снижение потребления электроэнергии за счет снижения паразитной мощности, потерь в режиме ожидания (по ГОСТ Р 55701.1-2013) и номинальной мощности зарядки батареи светильника аварийного освещения, и как следствие повышение эффективности светового прибора за счет увеличения световой отдачи.
Экономия электроэнергии тем больше, чем больше используемая аккумуляторная батарея, например для блоков аварийного питания серии STABILAR.MAX мощностью 200 Вт - BS-STABILAR2-51-B2-MAX BOX IP65 (1,0-200 W / = 190-260 V), составит 23,6 Вт:
- Номинальная потребляемая мощность в режиме заряда 25,6 Вт;
-Номинальная потребляемая мощность в режиме постоянного подзаряда (технология GВС) 2 Вт.
В таблице №1 представлена экономия потребляемой мощности в зависимости от источника аварийного питания и подключённой к нему АКБ.
Таблица №1 Потребляемая мощность источников аварийного питания.
| № | Источник аварийного питания и АКБ | Мощность в режиме заряда, Вт. | Мощность в режиме GBC, Вт. |
| 1 | STABILAR.LED 1,5 А*ч NiCd | 3,2 | 2,4 |
| 2 | STABILAR.LED 4,0 A*ч NiMH | 4,7 | 3,3 |
| 3 | STABILAR.LED 4,5 A*ч NiCd | 5,3 | 3,2 |
| 4 | STABILAR.UNI 1,6 А*ч NiMH | 3,5 | 2,9 |
| 5 | STABILAR.UNI 4,0 А*ч NiMH | 5,3 | 3,2 |
| 6 | STABILAR.UNI 7,0 А*ч NiMH | 8,2 | 4,6 |
| 7 | STABILAR.UNI 6,0 А*ч LiFePO4 | 8,4 | 1,2 |
| 8 | STABILAR.MAX 12,0 А*ч LiFePO4 | 16 | 2 |
| 9 | STABILAR.MAX 24,0 А*ч LiFePO4 | 25,6 | 2 |
В паспортах на продукцию блоках аварийного питания и световых приборах аварийного освещения указаны потребляемые мощности в режиме заряда (24 часа) и режиме постоянного подзаряда (более 25 часов) основной потребляемой мощностью является мощность в Режиме GВС, Рис.5 пример паспорта:
Рис.5. Пример паспорта БАП STABILAR.MAX
Повышение эффективности (световой отдачи) особенно заметно при использовании БАП с функцией GBC в автономных световых приборах с небольшой потребляемой мощностью, например, в автономном аварийном светильнике BS-DL-51-L1-STABILAR2 V01 White 4000K , только за счет функции GВС, световая отдача повышается на 6%.
Номинальный световой поток – 1343 лм
Потребляемая мощность в постоянном режиме с зарядом АКБ в режиме GВС – 13,1 Вт;
Световая отдача светильника в режиме GВС – 102,5 лм/Вт;
Потребляемая мощность в постоянном режиме с зарядом АКБ режиме без функции GВС – 13,9 Вт;
Световая отдача светильника без режима GВС – 96,6 лм/Вт;
Техническая информация, представленная в данной статье, является собственностью ООО «Белый свет 2000» © 16.06.2023. Запрещается копирование, распространение или любое иное использование информации без предварительного письменного согласия правообладателя.
ЧИТАТЬ ЕЩЕ:
Технология SAFETY MAX.