От чего зависит емкость аккумулятора
Перейти к содержимому

От чего зависит емкость аккумулятора

  • автор:

Что такое емкость аккумуляторной батареи?

Емкостный параметр в современном аккумуляторе – одна из самых важных характеристик. Под данным понятием понимается следующее: емкость аккумулятора показывает количество часов, на протяжении которых может питать в автономном режиме подключенных потребителей. Иными словами этот параметр отражает максимальный запас энергии, который накапливается при полном заряде. Обозначение емкости осуществляется в А-ч (ампер-часы).

Рассчитываем емкостные показатели

Аккумуляторная мощность измеряется и обозначается в ваттах. В свою очередь, как мы уже определили, емкостный показатель батареи – это А-ч. Для того чтобы рассчитать батарейную емкость для подпитки определенного и конкретного типа техники, необходимо сделать небольшие перерасчеты. Для лучшей ориентации в данной ситуации возьмем наглядный пример.

Допустим, на аккумулятор действует нагрузка мощностью пятьсот Вт. При этом необходимо, что аккумулятор зарезервировал для данной нагрузки три часа автономной работы. Отметим, что «количество» энергии, накопленной батареей, зависит не только от его емкостных параметров, но и от номинального напряжения. Поэтому следует поделить общие мощностные параметры оборудования для резерва на показатель напряжения.

Итак, для классической модели 12В выведем следующую формулу: Q = ( P * t )/( V * k ). Расшифруем данные параметры:

  • Q – получаемый емкостный параметр нашей аккумуляторной батареи;
  • P – это мощностная нагрузка на наш аккумулятор, измеряемая в Вт;
  • V – параметр напряжения каждой батареи;
  • t – это параметр времени, необходимого для резервирования;
  • k – коэффициент использования резервов батареи (энергетический запас, который допустим для использования энергетическими потребителями).

Самый спорный параметр в данной формуле – это коэффициент k . Ввод данного коэффициента обусловлен тем, что аккумулятор может быть заряжен недостаточно. Кроме того, глубокий разряд, который следует за буферным циклом небольших зарядно-разрядных процессов, приводит к тому, что батарея теряет свою работоспособность, изнашивается. Например, если аккумуляторную батарею разряжать на тридцать процентов от ее общего емкостного параметра, а затем снова ставить на зарядный процесс, то таких циклов может быть около тысячи. Если же ее разряжать на семьдесят процентов, то показатель стремительно уменьшается – до двухсот.

Итак, рассчитываем емкость нашей батареи. Помним, что наша нагрузка находится на уровне 500 Вт, а требуемое время резерва бесперебойника – три часа. При этом показатель напряжения – стандартный 12 В, а коэффициент условно возьмем за 0.7. Что же у нас получается: Q = 500*3/12*0.7 = 178.6 А-ч.

Таким образом, аккумуляторная батарея емкостью 178.6 А-ч является минимальной по данному параметру, которая требуется для вышеописанного случая. В идеале необходимо брать батарею с запасом, чтобы аккумулятор не подвергался постоянным сильным разрядом (примерно двадцать процентов запас). Следовательно, Q = 178.6*1.2 = 214.3 А-ч.

Соответственно, для вышеозначенной ситуации следует купить аккумуляторную батарею емкостью не менее 215 ампер-часов.

Сила тока

Разрядный ток аккумулятора влияет на ёмкость аккумулятора.

С ёмкостью все понятно — это количество электричества в аккумуляторе. А от чего зависит сила тока аккумулятора? Этот параметр часто вызывает непонимание. В русском языке смущает слово «сила». Английское «current» путают с «currency» — валюта. С немецким немного лучше: stromstärke — толщина тока! Непонимание физического смысла силы тока родило народный термин: ампераж (amperage). Сила тока — это количество тока (заряда), протекаемого по проводнику в единицу времени. Электрический ток может быть сильным и слабым. Сила тока измеряется в Амперах (A), а ёмкость — в Ампер-часах (Ah). По закону Ома, сила тока прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению.

От чего зависит сила тока?

Разберем ситуацию на примере садовой лейки. Объем лейки — это ёмкость. Высота лейки над грядкой — это напряжение. А вот струя воды — это и есть сила тока, которая, в первую очередь, зависит от размера дырочек распылителя (сопротивление). Маленькие дырочки — медленно льется вода, большие дырочки — быстрее льется. Если снять распылитель, то вода пойдет мощной струей (короткое замыкание). Напор воды зависит от высоты (напряжения), на которую вы поднимите лейку, а время (площадь) полива зависит от объёма (ёмкости) лейки. Ёмкость аккумулятора расходуется по-разному на разных режимах:

  • 15-20mAh в режиме покоя (спящий режим) телефоны потребляют очень мало электричества.
  • 100-500mAh в режиме манипуляций с программами.
  • 500-1000mAh в режиме мобильного интернета, навигации, игр, просмотра видео.

Большие токи

При разряде большим током происходит падение ёмкости и платформы аккумулятора. На графике показано, что если разряд производится током 1,5С и 2C, то ёмкость аккумулятора уменьшится на 10% и 30% соответственно. В обычных условиях потребляемый ток находится в диапазоне 20%-50% (0,2C-0,5C) ёмкости аккумулятора. Это незначительно влияет на значение ёмкости и платформы. Большие токи ограничиваются платой защиты для безопасности и сохранения ресурса аккумулятора.

  • В нагруженных режимах подключать мобильные устройства к зарядным устройствам.
  • Использовать качественные USB кабели с низким сопротивлением для экономии электрического заряда.
  • Заряжать аккумулятор не дожидаясь его полной разрядки. Полностью разряженный аккумулятор заряжается большим током — это увеличивает его износ.

Самым безобидным результатом неосторожного обращения с аккумуляторами может стать короткое замыкание.Какой ток безопасный?

Осторожно: высокое напряжение! Больно будет даже от малых токов

Самым безобидным результатом неосторожного обращения с аккумуляторами может стать короткое замыкание. Не замыкайте положительный и отрицательный контакт металлическими предметами, не разбирайте аккумуляторы и не меняйте полюса. Перед тем как собирать аккумуляторы в сборки изучите матчасть и правила безопасности.

P.S.

В группе риска часто оказываются технически грамотные люди, не первый раз имеющие дело с электричеством. Несчастные случаи с профессионалами происходят не от незнания правил безопасности, а от пренебрежения силой тока аккумулятора. Относитесь к аккумуляторам с осторожностью. В маленьком объеме содержится большая сила.

Часто задаваемые вопросы:

  • Чем больше зарядный ток, тем быстрее зарядится аккумулятор.
  • Зарядный ток не должен превышать 1C.
  • Большие зарядные токи сильно изнашивают аккумуляторы.
  • При коротком замыкании возникают большие токи, которые мгновенно разогревают проводник до красна. Если аккумулятор закоротили скрепкой, то она раскалится и воспламенит горючие предметы вокруг себя.
  • Аккумуляторы от короткого замыкания обычно не взрываются, а вздуваются. Если же произойдет разгерметизация, то из аккумулятора выйдет едкий дым, который может самовоспламениться.

Что такое емкость аккумулятора? Методика ее расчета

Емкость аккумуляторной батареи является одной из ее важнейших технических характеристик. Под этим термином понимают количество времени, которое способен питать источник автономной энергии подключенных к нему электропотребителей. Другими словами – это максимальное количество электроэнергии, накапливаемое АКБ за полный цикл зарядки. Единицей измерения емкости является А·ч (ампер-час), для небольших батарей – мА·ч (миллиампер-час).

Пример расчета необходимой емкости

Как известно, расчет потребленной мощности производится в Вт, а емкость батареи для ИБП – в А·ч. Чтобы рассчитать требуемую емкость аккумуляторов для питания той или иной техники, необходимо произвести некоторый пересчет. Для лучшего понимания рассмотрим конкретный пример. Допустим, имеется критичная нагрузка 500 Вт, требующая резервирования в течение 3 часов. Так как величина накопленной энергии зависит не только от емкости батареи, но и ее напряжения, для расчета делим общую мощность резервируемого оборудования на их рабочее напряжение (часто путают с напряжением холостого хода полностью заряженной батареи). Для стандартного 12В аккумулятора, величина необходимой емкости батареи составит:

Q= (P· t) / V· k

где Q – необходимая емкость аккумулятора, А·ч;

P – имеющаяся нагрузка, Вт;

V – напряжение каждой аккумуляторной батареи, В;

t – время резервирования, ч;

k – коэффициент использования емкости аккумуляторов (количества электрической энергии, допустимой к использованию потребителями).

Необходимость введения коэффициента k обусловлена возможностью неполного заряда АКБ. Вдобавок к этому, сильный (глубокий) разряд, следующий после небольшого количества рабочих циклов заряда и разряда, ведет к преждевременному износу и выходу из строя батареи. К примеру, если новый аккумулятор разряжать на 30% от его общей емкости, после чего сразу производить его зарядку, способен выдержать около 1000 подобных циклов. В случае если величина разряда уменьшится до 70%, то количество данных циклов снизится примерно на 200.

Итого, получаем, что для питания данной нагрузки в течение указанного периода времени потребуется:

Q= 500·3/ 12·0,7 = 178,6 А·ч.

Это минимально необходимая емкость аккумуляторных батарей для рассматриваемого случая. В идеале лучше брать источник энергии с небольшим запасом (около 20%) для того, чтобы каждый раз не разряжать его полностью – это поможет сохранить рабочие характеристики батареи в течении как можно большего периода времени.

Q= 178,6·1,2 = 214,3 А·ч.

Значит для решения поставленной задачи необходимо приобрести аккумуляторы суммарной емкостью не менее 215 А·ч. При использовании ИБП в паре с генератором величину поправочного коэффициента емкости рекомендуется снизить до 0,4, поскольку в такой связке батареи чаще всего применяются для поддержания непрерывного электропитания, пока не включится электростанция и вся нагрузка не переключится на нее. При этом если в значение коэффициента 0,4 закладывать потери емкости аккумулятора при его старении, обусловленные особенностью импульсного преобразователя и другие, то в среднем разряд аккумулятора может достигать 50% от его номинальной емкости.

В том случае, когда для резервирования нагрузки используется несколько аккумуляторов, количество накопленной в них энергии абсолютно не зависит от типа их соединения – параллельного, последовательного, либо смешанного. Учитывая данную особенность необходимо подставлять в формулу определения суммарной емкости аккумуляторов напряжение одной батареи, но при этом допускается использование только АКБ с одинаковыми техническими характеристиками.

Показатели аккумуляторных батарей, с которыми неразрывно связано понятие емкости

1. Зависимость емкости аккумулятора от тока его разряда.

В основе данной зависимости лежит следующий факт: когда защищаемая нагрузка подключается к аккумулятору без использования преобразователя, то величина тока, потребляемого батареей неизменна. При этом время функционирования подключенных электропотребителей определится, как отношение отбираемой емкости к потребляемому току. В более привычном виде данная формула записывается следующим образом:

Q = I·T

где Q – емкость аккумулятора, А·ч (мА·ч);

I – постоянный ток разряда аккумулятора, А;

T – время разряда батареи, ч.

Если имеем дело с большими величинами потребляемого тока, то реальные показатели мощности зачастую ниже номинальных, указанных в паспорте.

2. Зависимость емкости аккумулятора от энергии

Сегодня среди пользователей достаточно распространенным является мнение о том, что емкость аккумуляторной батареи является величиной, полностью характеризующей его электрическую энергию, накопленной АКБ заряженной на 100%. Это утверждение является не совсем корректным. Здесь еще необходимо сделать оговорку на то, что способность накапливать энергию у батареи напрямую зависит от ее напряжения и чем оно будет выше, тем большее количество энергии сможет накопить аккумулятор. На самом деле электрическая энергия определяется как произведение показателей тока заряда, напряжения батареи и времени протекания этого тока:

W= I·U·T

где W – энергия накопленная батареей, Дж;

U – напряжение аккумулятора, В;

I – постоянный ток разряда аккумулятора, А;

T – время разряда батареи, ч.

Исходя из того, что произведение тока и времени заряда дает нам емкость АКБ (как было рассмотрено выше), то получается, что электрическая энергия аккумулятора находится путем перемножения номинального напряжения батарее и ее емкости:

W= Q·U

где W – энергия накопленная батареей, Вт·ч;

Q – емкость аккумулятора, А·ч;

U – напряжение аккумулятора, В.

При последовательном подключении нескольких аккумуляторов одинаковой емкости, общий показатель данной связки равен сумме емкостей всех АКБ, входящий в ее состав. В таком случае энергия полученного аккумуляторного блока определится, как произведение электроэнергии одной батареи на их количество.

3. Понятие энергетической емкости аккумулятора

Не менее полезным для потребителя показателем аккумуляторных батарей является их энергетическая емкость, измеряемая в таких единицах, как Вт/элемент. Данное понятие характеризует способность аккумулятора за определенный непродолжительный период времени, который чаще всего составляет не более 15 минут, в режиме постоянной мощности. Наибольшее распространение данный показатель получил в США, но в последнее время набирает популярность и среди потребителей многих других стран. Для приближенного расчета емкости аккумуляторной батареи, измеряемой в А·ч по величине его энергетической емкости в Вт/элемент для периода 15 минут, пользуются формулой:

Q = W/4

где Q – емкость аккумулятора, А·ч;

W – энергетическая емкость аккумулятора, Вт/элемент.

4. Понятие резервной емкости аккумулятора

Для автомобильных аккумуляторов выделяют еще одну характеристику – резервную емкость, которая говорит о способности батареи питать электрооборудование движущегося авто, когда штатный генератор транспортного средства не работает. Данный параметр также больше известен в США и называется «reserve capacity». Он измеряется в минутах разряда батареи величиной тока в 25 А. Для приблизительной оценки номинальной емкости аккумулятора по его показателю резервной емкости, указной в минутах, необходимо воспользоваться формулой:

Q = T/2

где Q – емкость аккумулятора, А·ч;

T – резервная емкость аккумулятора, мин.

Емкость аккумулятора и его заряд (заряженность)

Еще одним достаточно популярным заблуждением является отождествление понятий емкости батареи для и ее заряда (заряженности). Расставим все точки над «и». Под емкостью понимают максимальный потенциал аккумулятора, то есть количество энергии, которое он сможет накопить в полностью заряженном состоянии. Заряд же в свою очередь и представляет собой эту энергию, необходимую для питания нагрузки в автономном режиме. Отсюда вывод, что величина заряда одной и той же батареи может быть разной в зависимости от времени зарядки АКБ, а величина ее емкости в разряженном и заряженном состоянии одинакова. Здесь можно провести аналогию со стаканом, в который наливают воду. Объем прибора и будет представлять собой емкость – это величина не зависящая от того полный стакан или пустой, а самая наливаемая вода – это заряд.

От каких факторов еще зависит емкость аккумулятора?

Ток разряда

Те показатели емкости аккумуляторов, которые можно встретить в их технической документации и на корпусе изделия, производитель указывает исходя из результатов тестовых замеров, производимых по вышеуказанной формуле (Q = I·T) при стандартной длительности разряда (10, 20, 100 часов и т.д.). Соответственно обозначается и емкость – Q10, Q20 и Q100, а также ток разряда – I10, I20 и I100. В таком случае величина тока, протекающего через нагрузку при времени разряда 20 часов определится по формуле:

I20= Q20/20

Следуя данной логике можно предположить, что при разряде, длящемся четверть часа (15 мин) ток будет равен Q20 х 4. Однако это не так, как показывает практика, в случае 15-минутного разряда емкость стандартной свинцовой батареи составит не более половины его номинальной емкости. Соответственно величина параметра I0,25 будет чуть менее Q20 х 2. Отсюда можно сделать вывод, что такие характеристики, как время и ток разряда являются не пропорциональными друг другу.

Конечное напряжение разряда

Каждый раз при разряде аккумулятора напряжение на нем постепенно падает, а по достижению так называемого конечного напряжения разряда обязательно необходимо произвести отключение АКБ. При этом, чем ниже данная характеристика, тем соответственно выше будет фактическая емкость батареи. Как правило, производители указывают на собственных аккумуляторах минимальную величину конечного напряжения разряда, которая в свою очередь зависит от того каким током производится разряд. Случаются ситуации, когда напряжения источника энергии падает ниже этой величины (забыли вовремя отключить аккумулятор или этого нельзя было сделать, так как в течение длительного периода нельзя было обесточивать нагрузку). Тогда возникает явление, называемое глубоким разрядом АКБ. Если часто допускать глубокий разряд батареи, она может быстро выйти из строя.

Износ аккумулятора

Как принято считать, новый аккумулятор обладает номинальной емкостью (той, которую указывает производитель). Однако реальная величина данного показателя может немного отличаться – быть меньше заявленной по причине длительного хранения на складе, либо после нескольких полных циклов заряда и разряда и непродолжительной работы в буферном режиме немного увеличиться. Дальнейшая эксплуатация батареи, а также его хранение неизменно ведут к физическому изнашиванию источника энергии, его старению и постепенному выходу из строя.

Температура

Такой важный фактор, как окружающая температура в месте, где используется аккумулятор, очень сильно влияет на емкость последнего. В случае повышения температуры с 20°С до 40°С показатель емкости батареи возрастает на 5%, а при снижении до 0°С – уменьшается в среднем на 15%. Дальнейшее понижение температуры воздуха ведет к падению указанного параметра еще на 25% относительно номинальной величины.

Как проверить емкость аккумулятора?

Очень часто перед владельцем б/у аккумулятора встает задача определения его остаточной емкости. Классическим и нужно отдать должное самым надежным и эффективным способом проверки фактической емкости аккумулятора считается контрольный разряд. Под данным термином понимают следующую процедуру. Аккумуляторную батарею сперва полностью заряжают, после чего выполняют ее разряд постоянным током, при этом замеряют время, за которое она полностью разрядится. После этого рассчитывают емкость АКБ по уже известной формуле:

Q= I·T

Величину постоянного тока разряда для большей точности расчета лучше подбирать таким образом, чтобы время разряда составляло около 10 или 20 часов (это зависит от времени разряда, при котором была рассчитана номинальная емкость батареи производителем). Затем полученные данные сравнивают с паспортными, и в случае если остаточная емкость будет меньше номинальной на 70-80%, АКБ подлежит замене, так как это явный признак сильного износа аккумулятора и его дальнейший износ будет протекать ускоренными темпами.

Основными недостатками данного метода являются сложность и трудоемкость в реализации, а также необходимость выведения аккумуляторов из эксплуатации на достаточно продолжительный период времени. Сегодня в большинстве устройств, использующих для своей работы аккумуляторные батареи, имеется функция самодиагностики – быстрой (всего за пару секунд) проверки состояния и работоспособности источников энергии, однако точность таких измерений не всегда высока.

Емкость аккумуляторной батареи.

Емкость аккумуляторов — количество электрической энергии, которое может отдать полностью заряженный аккумулятор при определенном режиме разряда и температуре от начального до конечного напряжения. Единицей СИ для электрического заряда является кулон (1Кл), но на практике емкость обычно выражается в ампер-часах (Ач).
Емкость измеряют в ампер-часах и определяют по формуле:
C=Ip * tp, где С– емкость, Ач;
Ip – сила разрядного тока, А;
Tp – время разряда, Ч.
Номинальная емкость — емкость, которую должен отдать новый полностью заряженный аккумулятор в нормальных условиях разряда, указанных в стандарте на этот аккумулятор. При этом напряжение не должно упасть ниже определенной величины.
Так как емкость зависит от разрядного тока и конечного разрядного напряжения, в условном обозначении аккумуляторов указывается емкость, соответствующая определенному режиму разряда. Для стартерных аккумуляторов за номинальную принимается емкость при 20-часовом, стационарных при 10-часовом, тяговых при 5-часовом режимах разряда.
Пример оценки ёмкости батареи 20-часовым режимом разряда, током 0.05 С20 (током, равным 5% от номинальной ёмкости).
Если ёмкость батареи 55Ач, то разряжая ее током 2.75А, она полностью разрядится за 20 часов. Аналогично для батарей ёмкостью 60Ач полный 20-часовой разряд произойдет при чуть большем токе разряда — 3А.
Отдача по емкости — отношение количества электричества, полученного от аккумулятора при разряде, к количеству электричества, необходимого для заряда аккумулятора до первоначального состояния при определенных условиях.
Она зависит от полноты заряда. Часть же заряда теряется на газообразование, это уменьшает коэффициент отдачи.
Емкость остаточная – величина, соответствующая количеству электричества, которое может отдать частично разряженный аккумулятор при установленном режиме разряда до конечного напряжения .
Резервная ёмкость аккумуляторной батареи — время, в течение которого батарея сможет обеспечить работу потребителей в аварийном режиме. Величина резервной ёмкости, выраженная в минутах, последнее время все чаще проставляется изготовителями стартерных аккумуляторных батарей после значения тока холодного старта.
Емкость зарядная — количество электричества, сообщаемое аккумулятору во время заряда . Зарядная емкость АКБ всегда больше разрядной из-за потерь энергии на побочные реакции и процессы.
При постоянном токе заряда l зарядная емкость С= I * t, где t — время заряда.
Измерение емкости ведется до падения напряжения хотя бы одного элемента аккумуляторной батареи до величины, регламентированной для конкретного режима разряда.
В течение срока службы емкость АКБ изменяется. В начале срока службы она возрастает, так как происходит разработка активной массы пластин. В процессе эксплуатации емкость некоторое время держится стабильной, а затем начинает постепенно уменьшаться из-за устаревания активной массы пластин.
Емкость батареи зависит от количества активного материала и конструкции электродов, количества и концентрации электролита, величины тока разряда, температуры электролита, степени изношенности аккумулятора, наличия посторонних примесей в электролите и других факторов.
При увеличении тока разряда емкость батареи уменьшается. АКБ при форсированных режимах разряда отдают емкость меньше, чем при разряде более длительными режимами (небольшой величиной тока). Поэтому на аккумуляторах могут быть обозначения при 3,5,6,10,20 и 100 часах разряда. При этом емкости одной и той же батареи будут совершенно разные. Наименьшая будет при 3-часовом разряде, наибольшая при 100 часовом.
С повышением температуры электролита емкость растет, но при излишне высоких температурах уменьшается срок их службы . Это происходит потому, что при повышении температуры электролит легче проникает в поры активной массы, так как уменьшается его вязкость и увеличивается внутреннее сопротивление. Поэтому в реакции разряда принимает участие больше активной массы, чем при заряде, производившемся при более низкой температуре.
При низких же температурах емкость и полезное действие АКБ быстро уменьшается.
Если увеличить концентрацию ( плотность электролита ), то емкость также увеличится, но аккумулятор быстро выйдет из строя из-за разрыхления активной массы батареи.

Похожие статьи

Проверка аккумуляторной батареи нагрузочной вилкой.

Проверка аккумуляторной батареи нагрузочной вилкой.

Нагрузочные вилки применяются для определения электрического напряжения (под нагрузкой) на клеммах аккумуляторной батареи, состоящей из последовательно соединенных элементов 1,2 и 2В. Они используются..

Сульфатация аккумуляторных батарей.

Сульфатация аккумуляторных батарей.

«Сульфатация» — в настоящее время одна из основных неисправностей свинцовых аккумуляторных батарей. Под термином «сульфатация» электродов (пластин) в свинцово-кислотных аккумуляторах понимают такое с..

Что такое аккумулятор.

Что такое аккумулятор.

Аккумулятор (элемент) — состоит из положительных и отрицательных электродов (свинцовых пластин) и сепараторов разделяющих эти пластины, установленных в корпус и погруженных в электролит (раствор серно..

Эксплуатационные дефекты в аккумуляторах

Эксплуатационные дефекты в аккумуляторах

В процессе эксплуатации аккумуляторов могут возникать проблемы. Причины эксплуатационных дефектов: Низкая степень заряженности (менее 75 %): — может являться результатом слабого натяжения ремня п..

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *