Что такое емкость аккумулятора

Емкость аккумулятора является важным показателем, который указывает на количество времени автономного питания нагрузки.

Но чтобы определить емкость аккумулятора для электроснабжения конкретной автономной нагрузки нужно, совместно со значением номинальной емкости, учитывать другие важные характеристики, тесно связанные с ней.

Аккумулятор для ИБП всегда можете купить в разделе нашего сайта.

Формула расчета аккумуляторной емкости

Сама формула ёмкости указывает на потенциал аккумулятора. Номинальная емкость акб часто указывается производителем в наименовании прибора.  

Количество энергии, сохраненное в питающем блоке:

Е (А х час) = I (А) х T (час)

• I (А) - постоянный ток разряда (у не больших в мА),
• T (час) - время работы от батареи.

Например, один аккумулятор (100 Ач) способен питать нагрузку током 1 А, на протяжении 100 ч.  

Чем больше приложена нагрузка, тем быстрее разряжается батарея.

График зависимости

Поэтому, чтобы рассчитать емкость аккумулятора для определенной техники необходимо использовать формулу, учитывающую: мощность нагрузки, напряжение аккумулятора, коэффициент заряда, время резервирования.

Накопленная энергия аккумуляторного блока равна:

Q= (P· t) / V· k

Q – необходимая емк. акб (А х час);

• P – мощность имеющейся нагрузки, (Ватт);
• V – напряж. накопителя, или нескольких (Вольт);
• t – требуемое время работы от акб, (час);
• k – коэффициент (0.7), принимающий во внимание глубину разр. Например, источник питания может быть не полностью заряженным. Или глубокая разряженность, после некоторого количества циклов, быстро выводит прибор из строя. Поэтому, вводится коэффициент k, учитывающий возможность не полной заряженности накопителя.  

Пример. У нас имеется техника мощностью 200 Вт, которую необходимо обеспечить автономным питанием от АКБ на протяжении 4-х часов. Для типового блока питания 12 Вольт:  

Q= 200·4/ 12·0,7 = 95,2 (А х час)

Принимая во внимание, при выборе акб, небольшой запас остаточного запасаемого заряда, который идет на пользу долговечности (20-30%) получим:

Q= 114,2 (А х час)

От чего зависит емкость аккумуляторной батареи

По мере питания нагрузки напряжение на батарее снижается. По достижении допустимого значения конечного зарядного напряжения, указанного в паспорте, АКБ необходимо отключить. Чем значение тока разряда больше, тем она быстрее отдаст энергию и сядет.

Количество энергии, которое можно получить от полностью заряженного накопителя зависит:

Q(А х ч) = I (А) х t(ч)

• Q – емк.;
• I – разрядный ток;
• t – время при котором происходит разряжение.

График зависимости от количества разрядного тока.  

График зависимости от времени разряда

Ток и время разряда АКБ отображаются уравнением Пекерта.

Cp = In х T

• n - экспонента, названная, в честь Пекерта и равная 1.15 - 1.35 (для герметичных свинцовых кислотных). Чем она меньше, тем лучше;
• Ср – емк.-ть, измеряемая при разряжающем токе, в 1 А;
• I - ток разр., для него выполняются вычисления.

Энергия

Энергия абсолютно заряженного аккумуляторного источника, которую он способен накопить, зависит:  

W (Дж)= I (А) х U (В) х T (сек)

• W – энергия, которая накоплена;
• U – напряж.;
• I – постоянный ток разр.;
• T – время разряда

Или энергия накопительного блока равняется:

W (Вт х час)= E (А х час) х U (В)

• E – емк.;
• U – его номинальное напряж.

Заряд (заряженность)

Важным процессом, противоположным разрядке батареи, является ее заряд. Лучше всего АКБ содержится в заряженном состоянии, но практически этого достичь трудно. Чтобы полностью зарядить прибор питания необходимо знать его нормальное напряжение. Для проверки рабочего состояния, например, автомобильного блока питания, используется мультиметр, в режиме измерения напряжения. Некоторые устройства питания оснащены индикаторами заряженности (гидрометром). Например, зеленый цвет соответствует полной готовности к работе, серый – сигнализирует, что батарею необходимо подзарядить, а черный, что она полностью исчерпала себя и требуется ее замена.

Энергетическая емкость

Энергетическая емкость акб выражается (Вт / элемент) и указывает на ее характеристики, за короткий интервал времени (чаще 15 минут) при постоянной мощности. Этот показатель используется для приближенной оценки мощности зарядного устройства:

Q = W/4

• Q – емк. аккум. (А х час);
• W – энергетическая емк. аккум., (Вт/элемент).

Резервная емкость

Резервная емкость акб автомобилей отображается в минутах разряда (ток 25А), и  указывает на способность снабжать электричеством двигатель транспортного средства, при движении, при не работающем генераторе.

Приблизительная номинальная емк.-ть, выраженная через его резервную, указанная в минутах, равняется:

E(А х час) = T(мин) / 2

• E – емк. аккум. автомобиля;
• T – резервная емк. аккум. автомобиля, (мин).

Дополнительные характеристики расчета емкости

Максимальная емкость аккумулятора равняется:

E (А х час) = I (А) х T (час)

Параметры, с которыми связан этот расчет:

• Энергия накопительного блока;
• Конечное напряж-е. заряда;
• Температура окружающей среды;
• Износ блока.

Ток заряда

Чтобы максимально сохранить ресурс накопителя необходимо правильно заряжать его.

Ток заряда, как правило, указан на корпусе устройства и равняется 0,2 (0,3) от его емк-ти.

Например, если емк. Блока равняется 100Ач, то ток будет 20 (30) А. Зарядный ток свинцового накопителя составляет 10% от его емк..

Если заряжать током, выше установленного, хотя бы один раз, аккумулятор исчерпает свой ресурс раньше. Если заряжать АКБ током, меньше установленного, то это будет длиться очень долго. На протяжении длительного времени батарея будет в разряженном состоянии, что также ускорит ее старение.

Время зарядки АА и ААА

Температура

Рабочая температура аккумулятора является одним из критичных параметров, из-за того, что в нем происходят электрохимические реакции, зависящие от температур внешней среды. Для максимально долгой работы оптимальной считается температура +20° до +25°С.

Чем выше температура, тем быстрее происходят эти процессы. При возрастании температуры зарядное устройство быстро выходит из строя. Также и при снижении температуры, электрохимические процессы замедляются, и устройство также работает на пределе своих сил, что сокращает срок службы. Для жаркого климата или сурового холодного часто применяют никель-кадмиевые и щелочные накопители, менее подверженные температурному режиму, чем свинцово-кислотные.

Конечное напряжение заряда

Чтобы максимально продлить работу батареи необходимо контролировать не только ток заряда, но и конечное напряжение заряда. Если оно недостаточное, то блок источника питания зарядится не полностью, что в итоге приведет к уменьшению срока службы. Если, наоборот, избыточно, то выделение газов еще быстрее снизит его ресурс.

Износ аккумулятора

Помимо старения и естественного износа, на долговечность блока оказывают влияние: способы эксплуатации, хранения и обслуживания (правильная зарядка, рабочая температура).

Причиной преждевременного выхода из строя питающего блока выступает неправильная эксплуатация:

• Сильный разряд, происходящий, если накопители остались в не выключенном устройстве. Производитель устанавливает допустимое конечное напряжение, по достижении которого необходимо отключить блок питания. Если этого вовремя не сделать, то он может выйти из строя. Чтобы продлить срок  эксплуатации нужно ограничить глубину разрядки;
• Перезаряд батареи:

1. Вследствие плохого зарядного устройства;
2. Большого тока заряда;
3. Несвоевременное отключение, после того как окончили заряжать.

• Последовательное соединение аккумуляторов с различной емк. Например, если один из блоков был недозаряжен, то при эксплуатации техники, напряжение у него уменьшится до 0 (выйдет со строя), при этом общее позволит продолжить работу оборудования.

Пример последовательного включения  

• Глубокий саморазряд. Например, накопители находятся в устройстве, которое долго не эксплуатируется. Например, Ni-Cd и Hi-Mh необходимо подзаряжать раз в 3-6 месяцев, Li-Ion – раз в 12 месяцев.

Как измерить емкость аккумулятора

Чтоб проверить емкость аккумулятора его необходимо полностью зарядить, а после этого разрядить постоянным заданным током (I), измеряя время (T), на протяжении которого он разрядился до конечного напряжения разряда.

Эти измерение сложные и длительные. Для мгновенного (4 сек) тестирования источников питания используются специальные приборы.

Тестер автомобилей MICRO-100