Аккумуляторы различной емкости находят широкое применение в повседневной жизни людей в качестве источников питания мобильных телефонов, электроинструментов, электровелосипедов, электромобилей и т. д. Мобильные транспортные средства, распространенные в сельскохозяйственном производстве, имеют в составе электрооборудования соответствующие АБ для обеспечения стартерного пуска двигателя внутреннего сгорания и резервного энергообеспечения при неработающем двигателе. В ряде случаев АБ выполняет функции основной электросиловой установки, работающей на соответствующей резервируемой нагрузке и электроприводе транспортного средства [1].
Основные виды транспортных, погрузочно-транспортных и уборочных средств с бортовым аккумуляторным электропитанием, используемых в сельскохозяйственном производстве, представлены на рис. 1.
В составе электрооборудования мобильной сельскохозяйственной техники распространение получили преимущественно свинцово-кислотные аккумуляторы и в меньшей — щелочные (никельжелезные и никель-кадмиевые) [там же]. Современные тенденции повышения продолжительности автономной работы мобильной сельскохозяйственной техники вызывают необходимость увеличения емкости накопителей электроэнергии. Значение требуемой мощности химические аккумуляторы достигают путем соединения нескольких аккумуляторов в последовательные и параллельные цепи. При параллельном соединении n аккумуляторов емкость полученной АБ увеличивается в n раз, а напряжение при этом соответствует напряжению одной батареи. Для его увеличения аккумуляторные ячейки соединяют последовательно. Проблемой является то, что при эксплуатации электрохимических накопителей энергии, состоящих из групп последовательно соединенных аккумуляторных ячеек, возникает несоответствие параметров отдельных элементов, негативно влияющее на энергетические характеристики и срок службы АБ [1–4].
Причиной этого, как правило, являются индивидуальные особенности аккумуляторов, входящих в ее состав [5–8]. С течением времени несоответствие параметров увеличивается. Стандарт ные зарядные устройства контролируют только общее напряжение на всей цепочке аккумуляторов и обеспечивают необходимый ток заряда. Расхождение таких параметров аккумуляторов как емкость, внутреннее сопротивление, ток утечки является причиной отличия необходимого времени для заряда накопленной энергии в отдельных аккумуляторах [6]. Например, ячейка с меньшей емкостью заряжается быстрее ячейки с большей емкостью при протекании через них одинакового тока. После достижения 100 % емкости необходимо или прекратить заряд, или заряжать батарею током, равным значению тока утечки, а продолжение заряда приведет к увеличению напряжения на отдельной ячейке выше оптимального и вызовет ускоренную деградацию элемента. В частности, литийионные батареи могут безопасно работать только при нормальном напряжении заряда. При превышении значения напряжения заряда 4,30 В в элементе начинает происходить металлизация анода литием, а на катоде — активное выделение кислорода; температура батареи при этом увеличивается [9]. Заметим, что рост данного показателя на каждые 10°С относительно номинальной температуры снижает срок службы батареи в 2 раза [10–11].