home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ CD-ROM Aktief 1995 #3 / CDA3.iso / survival / battery.zip / BATTERY.006 < prev    next >
Text File  |  1991-07-14  |  24KB  |  419 lines

  1. Lead-Acid Batteries Richard Perez In 1970, we realized that our 
  2. dreams depended on cheap land. The only desirable property we 
  3. could afford was in the outback. Everything was many miles down a 
  4. rough dirt road and far from civilized conveniencies such as 
  5. electricity. The 40 acres we finally bought is 12 miles from the 
  6. nearest paved road, telephone, or commercial electrical power. We 
  7. were ready to do without. This is not, however, an account of 
  8. doing without-- it is a story of having one's cake and eating it 
  9. too. We solved the problem of the rough road with a 4WD truck and 
  10. countless hours of mechanical maintenance. The electrical power 
  11. problem was not so easy to solve. We had to content ourselves 
  12. with kerosene lighting and doing all our construction work with 
  13. hand tools. The best solution the marketplace could offer was a 
  14. motordriven generator. This required constant operation in order 
  15. to supply power, in other words expensive. It seemed that in 
  16. America one either had power or one didn't. We needed inexpensive 
  17. home power. And we needed it to be there 24 hours a day without 
  18. constantly running a motor. We decided on a 12 volt battery 
  19. system. A lawnmower motor driving a car alternator recharges the 
  20. batteries. To this we added a homemade control system. Later, we 
  21. installed an inverter. We now have all the power we need, both 12 
  22. volts DC and 120 volts AC. This information on batteries is based 
  23. on my over 17 years of actual experience with battery based 
  24. alternative energy systems. Battery Terms The battery is the 
  25. heart of all alternative energy systems. A battery is a 
  26. collection of cells which store electrical energy in chemical 
  27. reactions. Not all batteries are the same. They have evolved into 
  28. different types to meet different needs. We are primarily 
  29. interested in the true "Deep Cycle" lead-acid battery. This type 
  30. is the most cost effective for home energy storage. In order to 
  31. discuss these batteries, we need to agree on certain terms. The 
  32. more we know about batteries, the better we can use them, and the 
  33. cheaper our power will be. Voltage Voltage is electronic 
  34. pressure. A car uses a 12 volt battery for starting. This voltage 
  35. is the addition of the six lead-acid cells which make up the 
  36. battery. Each individual lead-acid cell has a voltage (or 
  37. electronic pressure) of about 2 volts. Commercial household power 
  38. has a voltage of 120 volts. Batteries for alternative energy are 
  39. usually assembled into packs of 12, 24, 32, or 48 volts. Current 
  40. Current is the flow of electrons. The rate of this flow per unit 
  41. time is the ampere. A car tail light bulb draws about 1 to 2 
  42. amperes. The headlights on a car draw about 8 amperes each. The 
  43. starter draws about 200 to 300 amperes. Current comes in two 
  44. forms-- direct current (DC) and alternating current (AC). Regular 
  45. household power is AC. Batteries store power as direct current 
  46. (DC). Power Power is the amount of energy that is being used or 
  47. generated. The unit of power is the Watt. A 100 watt lightbulb 
  48. consumes 10 times as much energy as a 10 watt lightbulb. The 
  49. amounts of power being used and generated determine the capacity 
  50. of the battery pack required by the system. The more electricity 
  51. we consume the larger the battery must be. The power source must 
  52. also be larger to recharge the larger battery pack. Battery 
  53. Capacity Battery capacity is the amount of energy a battery 
  54. contains. This is usually rated in ampere-hours at a given 
  55. voltage. A battery rated at 100 ampere-hours will deliver 100 
  56. amperes of current for 1 hour. It can also deliver 10 amperes for 
  57.  
  58.  
  59.  
  60.  
  61.                                                                 2
  62.  
  63.  
  64.  
  65. 10 hours, or 1 ampere for 100 hours. The average car battery has 
  66. a capacity of about 60 ampere-hours. Alternative energy battery 
  67. packs contain from 350 to 4,900 ampere-hours. The specified 
  68. capacity of a battery pack is determined by two factors-- how 
  69. much energy is needed and how long must the battery supply this 
  70. energy. Alternative energy systems work best with between 4 and 
  71. 21 days of storage potential. A battery is similar to a bucket. 
  72. It will only contain so much electrical energy, just as the 
  73. bucket will only contain so much water. The amount of capacity a 
  74. battery has is roughly determined by its size and weight, just as 
  75. a bucket's capacity is determined by its size. It is difficult to 
  76. water a very large garden with one small bucket, it is also 
  77. difficult to run a homestead on an undersized battery. If a 
  78. battery based alternative energy system is to really work, it is 
  79. essential that the battery have enough capacity to do the job. 
  80. Undersized batteries are one of the major reasons that some folks 
  81. are not happy with their alternative energy systems. Battery 
  82. capacity is a very important factor in sizing alternative energy 
  83. systems. The size of the battery is determined by the amount of 
  84. energy you need and how long you wish to go between battery 
  85. rechargings. The capacity of the battery then determines the size 
  86. of the charge source. Everthing must be balanced if the system is 
  87. to be efficient and long-lived. State of Charge A battery's state 
  88. of charge is a percentage figure giving the amount of energy 
  89. remaining in the battery. A 300 ampere-hour battery at a 90% 
  90. state of charge will contain 270 amperes-hours of energy. At a 
  91. 50% state of charge the same battery will contain 150 
  92. ampere-hours. A battery which is dicharged to a 20% or less state 
  93. of charge is said to be "deep cycled". Shallow cycle service 
  94. withdraws less than 10% of the battery's energy per cycle. State 
  95. of Discharge State of discharge is the inverse of state of 
  96. charge. A battery at a 90% state of charge is also at a 10% state 
  97. of discharge. These terms are important. It is critical for users 
  98. to know when the battery is nearly empty and should be charged. 
  99. We also need to know when the battery is full and when it is time 
  100. to stop charging. We must know the battery's state of charge (or 
  101. discharge) in order to properly cycle the battery. Lead-acid 
  102. batteries Lead-acid batteries are really the only type to 
  103. consider for home energy storage at the present time. Other types 
  104. of batteries, such as nickel-cadmium, are being made and sold, 
  105. but they are simply too expensive to fit into low budget 
  106. electrical schemes. We started out using car batteries. 
  107. Automotive Starting Batteries The main thing we learned from 
  108. using car batteries in deep cycle service is DON'T. Automotive 
  109. starting batteries are not designed for deep cycle service; they 
  110. don't last. Although they are cheap to buy, they are much more 
  111. expensive to use over a period of several years. They wear out 
  112. very quickly. Physical Construction The plates of a car battery 
  113. are made from lead sponge. The idea is to expose the maximum 
  114. plate surface area for chemical reaction. Using lead sponge makes 
  115.  
  116.  
  117.  
  118.  
  119.                                                                 3
  120.  
  121.  
  122.  
  123. the battery able to deliver high currents and still be as light 
  124. and cheap as possible. The sponge type plates do not have the 
  125. mechanical ruggedness necessary for repeated deep cycling over a 
  126. period of many years. They simply crumble with age. Types of 
  127. Service Car batteries are designed to provide up to 300 amperes 
  128. of current for very short periods of time (less than 10 seconds). 
  129. After the car has started, the battery is then constantly trickle 
  130. charged by the car's alternator. In car starting service, the 
  131. battery is usually discharged less than 1% of its rated capacity. 
  132. The car battery is designed for this very shallow cycle service. 
  133. Life Expectancy and Cost Our experience has shown us that 
  134. automobile starting batteries last about 200 cycles in deep cycle 
  135. service. This is a very short period of time, usually less than 2 
  136. years. Due to their short lifespan in home energy systems, they 
  137. are more than 3 times as expensive to use as a true deep cycle 
  138. battery. Car batteries cost around $60. for 100 ampere-hours at 
  139. 12 volts. Beware of Ersatz "Deep Cycle" Batteries After the 
  140. failure of the