Что такое полезная емкость аккумулятора

Что такое емкость аккумулятора и какой она должна быть

Когда начинается знакомство с характеристиками аккумуляторных батарей, у начинающих автомобилистов и любителей электроники возникает много вопросов — особенно когда речь идет о том, чтобы заменить батарею. Какой источник питания лучше и какой емкости нужен аккумулятор, как выбрать лучшую батарею и что такое показатель емкости АКБ? На эти вопросы мы и постараемся сейчас ответить.

Понятие емкости АКБ

Независимо от того, о какой АКБ идет речь, есть такое понятие, как емкость аккумуляторной батареи (С). Если мы говорим об автомобильной батарее, наряду с электродвижущей силой, массой, объемом, током холодной прокрутки и другими техническими характеристиками емкость также является ключевым показателем. Она измеряется в ампер-часах (А/ч). Емкость же аккумулятора смартфона, планшета или ноутбука измеряется в миллиампер-часах, что вполне понятно, потому что этот источник питания предназначен для иных целей и гораздо меньше по объему и размеру.

Что такое емкость? С — значит объем энергии, который может накопить, сохранять в себе и отдавать аккумуляторная батарея в течение определенного промежутка времени. На корпусе каждой АКБ всегда указывается показатель его емкости (например, 60 А/ч для автомобильной батареи, а 1500 мА/ч для смартфона). Эти цифры всегда разные. Как выбрать подходящую батарею и что будет, если поставить аккумулятор большей емкости?

Выбрать источник питания с емкостью больше прежнего можно всегда, но при этом нужно учитывать и технические характеристики вашего автомобиля, либо гаджета. Они тоже влияют на продуктивность работы, и, пытаясь ответить на вопрос о том, какой аккумулятор лучше, всегда следует учитывать определенные тонкости.

Читайте о том, как проверить емкость аккумулятора мультиметром →

Как правильно выбрать емкость для автомобильного аккумулятора

Для того чтобы показатель емкости аккумулятора оптимально соответствовал характеристикам машины, следует прежде всего ориентироваться на цифру, указанную на корпусе АКБ. С одной стороны, можно приобрести такую же батарею и не заботиться дальше этим вопросом. Но, с другой стороны, есть большая разница в показателях: 55, 60, 65 А/ч и гораздо выше.

Разумеется, у любого водителя-новичка возникнет желание, чтобы устанавливаемый в машину источник питания работал гораздо дольше. И, если старая АКБ была, например, емкостью 55 А/ч, почему бы не установить новую большей емкости. Какая лучше для легкового автомобиля и насколько целесообразна будет такая замена? Ясно, что и цена у аккумуляторов с хорошим показателем емкости гораздо выше.

Если коротко вспомнить о том, как устроена автомобильная АКБ, внутри нее находятся свинцовые пластины разного качества, а также электролитическая составляющая в виде жидкости, геля или иной комбинации химических соединений. Чем больше количество материалов, которые применяются при изготовлении батарей, тем больше энергии они могут накопить внутри.

Так, если выбирать между вариантами емкостью в 40 или 75 А/ч — есть очень большая разница между продуктивностью работы этих двух батарей. Они различны как по размерам, так и на вес. Иными словами, С имеет прямопропорциональную зависимость от того, как выглядит батарея снаружи, сколько она весит и какое качество материалов используется при ее выпуске.

Если у вас небольшая машина, которую принято называть «малолитражкой», батарея большей емкости и размеров может просто не поместиться в подкапотное пространство. В случае, когда прежний вариант прекрасно справляется с запуском двигателя, устанавливать другую АКБ будет нецелесообразно.

Ниже приведем небольшой список, который поможет водителю правильно определить, какой емкости нужен аккумулятор.

При этом следует ориентироваться на показатели объема двигателя:

• если объем двигателя от 1 до 1,9 л, для вашей машины подойдет батарея емкостью от 55 до 60 А/ч;
• если у вас большой внедорожник любой модели с объемом двигателя от 1,4 до 2,3 л, можно приобрести аккумулятор 66 А/ч;
• грузовому автомобилю небольшой грузоподъемности подойдет АКБ с 77 А/ч при двигателе 1,6-3,2 л;
• средней грузоподъемности (двигатель 1,9-4,5 л) — 90 А/ч;
• большому грузовику с объемом двигателя от 3,8 до 10,9 л уже нужен аккумулятор 140 А/ч;
• для бульдозеров и экскаваторов потребуются батареи от 190 А/ч.

Таким образом, для легковых автомашин самый распространенный вариант аккумулятора от 50 до 65 А/ч, для внедорожников — уже больше.

Приобрести батарею большей емкости, чем была раньше, можно и нужно в случае, если бортовая сеть авто снабжена большим количеством опций, которые требуют большего количества энергии. Это может быть навигатор, система сигнализации, магнитола, обогреватель. Также и машинам, которые питаются дизельным топливом, может потребоваться более емкая АКБ, чтобы запустить двигатель. Ну и, конечно, никогда не помешает немного «запастись» емкостью в расчете на запуск мотора в холодное и морозное время года.

Однако перебарщивать с показателями С аккумулятора тоже не стоит, потому что бортовая система машины, в том числе и генератор, имеют ориентиры на четкие характеристики АКБ. Если батарея будет слишком «мощная», она не сможет подзаряжаться от генератора и быстро потеряет свои дополнительные резервы. Также стартер при чрезмерно емком источнике питания будет работать более интенсивно, что приведет к быстрому износу коллектора и его щеток.

Как правильно выбрать емкость для аккумулятора телефона

Емкость аккумулятора телефона расходуется прежде всего на сотовую связь и Интернет, а потом уже на дополнительные опции. Социальные сети, бесконечные новостные ленты — все это уже давно стало неотъемлемой частью нашей повседневной жизни. Поэтому важно правильно подобрать телефон, чтобы он отвечал вашим потребностям. Главное, чтобы качество самого гаджета оптимально сопоставлялось с потенциалом батареи.

К примеру, многие современные телефоны и планшеты при батареях со скромным показателем емкости могут работать весьма оперативно: у них высококачественные процессоры и софты. Безусловно, это относится только к недешевым вариантам смартфонов.

Что же касается народных и более доступных по цене «андроидов», их батареи могут работать от 12 часов до пары дней, в зависимости от интенсивности эксплуатации. Однако в случае с телефонами не стоит опасаться покупать батареи с более высокими емкостными характеристиками — особенно, если есть возможность заменить окончательно севший аккумулятор на новый.

При приобретении АКБ рекомендуется обращать внимание на следующие полезные ориентиры:

• при указании на корпусе батареи или на упаковке телефона «2000-2500 мА/ч» имейте в виду, что телефон будет работать без подзарядки сутки;
• 3000-4000 мА/ч — зарядку телефона необходимо проводить раз в два дня;
• 5000 мА/ч — уже более высокий показатель емкости, с ним можно заряжать телефон уже раз в неделю.

Если вы хотите только читать книги с помощью вашего смартфона и разговаривать, вам будет достаточно и небольшого уровня С. Что же касается фильмов, прослушивания музыки и постоянного присутствия в Сети — помните о том, что вам потребуется более мощная батарея — как минимум, в 4000 мА/ч.

Ориентируясь на приведенные выше показатели, можно самостоятельно определиться с тем, какой аккумулятор нужен для того или иного устройства. Главное — запомнить основные принципы и цифры. Тогда при покупке вместе с продавцом можно будет сделать правильный выбор, о котором никогда не придется жалеть.

Источник

Расчет емкости АКБ и основные понятия

Аккумуляторная батарея представляет собой источник тока многоразового использования. Ее особенность заключается в цикличности: зарядив батарею, ее можно использовать установленное производителем количество часов. Разряженную батарею легко зарядить с помощью специального зарядного устройства. Время заряда связано с параметрами источника, а количество циклов “заряд-разряд” напрямую зависит от типа и особенностей АКБ.

Что такое емкость и зачем нужен этот показатель?

Емкость аккумуляторной батареи — ее ключевая характеристика. Она влияет на стоимость устройства, область применения (от бытовых нужд до медицинских), срок службы.

Эта характеристика отображает длительность временного промежутка, на время которого батарея будет полноценно питать соответствующее устройство (пульт, телефон и т.д.) и обеспечивать его автономную работу. Иными словами, емкость АКБ — это максимальное количество электрической энергии, которое батарея способна накапливать за 1 полный цикл заряда.

Единица измерения емкости АКБ — амперы в час (А*ч), а для батарей высокой мощности — миллиамперы в час (мА*ч).

Основные понятия, которые связаны с расчетом емкости АКБ

С определением емкости АКБ связаны несколько терминов, среди них ток разряда аккумулятора, энергетическая и резервная емкость и прочие. Рассмотрим основные из них.

1.Зависимость емкости АКБ от тока разряда

При подключении к аккумулятору защищенной нагрузки без преобразователя, величина тока не меняется. При этом время работы АКБ будет выглядеть как соотношение емкости к току. В виде формулы эта зависимость выглядит следующим образом:

где Q – емкость аккумулятора (А*ч или мА*ч);

I – постоянный ток разряда аккумулятора (А);

T – время разряда батареи (ч).

2. Зависимость емкости АКБ от энергии

Способность к накоплению энергии батареей связана с напряжением: чем оно больше, тем больше энергии накопит АКБ. Таким образом, электрическая энергия определяется как произведение тока, напряжения и времени:

W= I*U*T,

где W – энергия накопленная батареей (Дж);

U – напряжение аккумулятора (В);

I – постоянный ток (А);

T – время разряда (ч).

3. Энергетическая емкость

Под этим понятием подразумевается энергия, которую отдает полностью заряженный аккумулятор при разряде до минимального напряжения. Для расчета энергетической емкости используют формулу:

где Q – емкость аккумулятора (А*ч);

W – энергетическая емкость аккумулятора (Вт/элемент).

4. Резервная емкость

Этот термин используется при расчете емкости автомобильных аккумуляторов. Он описывает способность АКБ питать электрооборудование автомобиля, когда встроенный генератор не функционирует. Резервная емкость рассчитывается следующим образом:

где Q – емкость аккумулятора (А*ч);

T – резервная емкость аккумулятора (мин).

Расчет емкости аккумуляторной батареи

Измерение объема батареи необходимо в случае определения количества энергии для продолжительной автономной работы любых устройств (к примеру, для ноутбука, смартфона и т.д.);

Для того чтобы определить емкость АКБ, необходимо применить стандартную формулу:

где Q — рассчитываемая емкость АКБ (А*ч или мА*ч);

P – нагрузочная мощность (Вт);

t — временной промежуток резервирования (ч);

V — напряжение батареи (В);

k — коэффициент, отображающий какая часть емкости АКБ используется.

Значение k компенсирует ситуацию неполного заряда батареи. К слову, полный разряд после нескольких полных циклом работы существенно увеличивает работоспособность устройства.

Расчет заряда АКБ на конкретном примере

Для того чтобы провести подсчет емкость батареи смог даже новичок, рассмотрим следующую задачу.

Мы имеем критическую нагрузку 500 Вт, которая требует резервирования на протяжении 3 часов, а также стандартное напряжение 12 В. Сперва посчитаем емкость для батареи, которая разряжается на 70 процентов, а потом заряжается. Это будет выглядеть следующим образом:

Q = 500*3/12*0,7 = 178,6 А*ч.

Так рассчитывается минимальная емкость. Чаще всего следует считать объем АКБ с небольшим запасом (например, 20%). В таком случае батарея проработает максимальное количество времени. Расчет будет выглядеть так:

Q = 178,6*1,2 = 214,3 А*ч.

В любом случае, вы сможете самостоятельно рассчитать емкость необходимой батареи, просто подставим свои значения в вышеуказанную формулу.

Власть и техника, деньги и товары имеют ценность и полезны лишь постольку, поскольку они дают человеку свободу.

Источник

Реальная и номинальная ёмкость АКБ

Аккумулятор — это устройство, предназначенное для хранения электрической энергии, причем энергия в этом устройстве хранится в химическом виде.

Принцип действия аккумулятора заключается в том, что два металла находятся в растворе кислоты, и при этом они вырабатывают электричество. Аккумуляторы характеризуется по таким основным характеристикам, как:

• емкость
• внутреннее сопротивление
• ток саморазряда
• срок службы

Емкость батареи

С точки зрения физики емкость аккумулятора измеряется в Кулонах (Кл), а не в А*ч, и она равна способности проводника отдавать энергию при силе тока в 1А за 1с времени. Поэтому параметры емкости аккумуляторных батарей C путают с электрическим зарядом Q (количеством электричества). Заряд Q в свою очередь равен *, при переводе в часы = *=. Автомобильные АКБ емкость измеряется в ампер-час (Ah), для мобильных устройств в миллиампер-час (mAh).

Упростим восприятие в виде формул:Также некоторые производители указывают емкость батарей в киловатт-часах (кВт*ч). Чтобы перевести кВт*ч в А*ч необходимо воспользоваться простой формулой мощности P=UI , I=P/U , таким образом чтобы перевести мощность в ампер-часы необходимо мощность P поделить на напряжение сети (220В/380В) и умножить на час.Номинальная электрическая емкость (С) задает количество электричества, отдаваемое аккумулятором при стандартном цикле разряда, который устанавливается в часов. Другим условием разряда является конечное напряжение разряда 1,8 В на одну банку аккумулятора. Таким образом, АКБ с номинальным напряжением 12 В разряжается до 10,8 В.

Для определения разрядного тока (в амперах) следует разделить емкость (в ампер-часах) на длительность разряда (в часах).

Пример: АКБ емкостью 66 А*ч может работать 20 часов при токе разряда 66/20=3,3 (А).

Разумеется, это не означает, что эту батарею можно разряжать в течение 1 часа током 66 А – при увеличении разрядного тока емкость АКБ снижается, а большие значения тока недопустимы – пластины аккумулятора могут покоробиться.

Кроме номинальной емкости АКБ существует еще понятие резервной емкости. Резервная емкость определяет, сколько часов аккумулятор сможет питать бортовую сеть автомобиля при отказавшем генераторе. В этом случае резко возрастает разрядный ток, с учетом обогрева и освещения он составляет порядка 25 А. При такой нагрузке резервная емкость составляет ⅔ от номинальной.

Пример: Для АКБ номинальной емкостью 66 А*ч резервная емкость составит ⅔ х 66=44 (А*ч).

Ток 25 А в цепи эта батарея будет поддерживать в течении 44/25≈1,8 (А), т.е. менее 2 часов. На этикетке АКБ резервная емкость, если она указывается, приводится не в ампер-часах, а в минутах. Так, по примеру выше она будет порядка 100 минут.

Существует простое правило определения резервной емкости в минутах «навскидку» — для этого емкость АКБ в А*ч нужно умножить на 1,6. Проверим для нашего аккумулятора: 66 х 1,6≈106 (мин). Почти полное совпадение с предыдущим расчетом.

Номинальная емкость АКБ определяется целым рядом конструктивных и технологических ее характеристик, а также условиями эксплуатации. Среди основных влияющих факторов:

• химический состав электролита;
• размеры свинцовых пластин;
• количество и свойства активной массы.

Емкость зависит и от температуры окружающей среды. На каждый градус температуры ниже 20 °С емкость снижается примерно на 1 А*ч, т.е. при нулевой температуре АКБ может потерять 20 А*ч своей емкости.

Номинальная емкость АКБ не достигнет величин, теоретически рассчитываемых исходя из количества активных веществ в аккумуляторах, поскольку с электролитом взаимодействует не вся активная масса. Обычно коэффициент использования активной массы аккумуляторных пластин составляет 50-60%.

Понятие емкости АКБ

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).

Как проверить ёмкость АКБ

Некоторые любознательные владельцы автомобилей интересуются, а как измерить ёмкость автомобильного аккумулятора своими руками. Кто-то хочет сделать это из любопытства, другие хотят проверить соответствие реального значения ёмкости тому, что написано на этикетке. Как же это сделать?

Все довольно просто. Все данные для этого уже были приведены выше. Например, можно проверить ёмкость автомобильной АКБ при проведении контрольно-тренировочного цикла. Для этого собирается следующая схема.

Схема устройства для проведения контрольно-тренировочного цикла аккумулятора

Сопротивление резистора для схемы вычисляется по формуле:

Здесь U – напряжение батареи,

Ток разряда выбирается в зависимости от ёмкости автомобильной батареи и цикла разряда ( часов). На практике для разряда обычно используют автомобильную лампочку подходящей мощности. Мультиметром можно измерить точную величину проходящего в цепи тока и засекаете время до падения напряжения до 10,8 вольт. Полученное время, умноженное на ток, и будет реальной ёмкостью автомобильной батареи.

Можете также прочитать о том, как проверить аккумулятор телефона и его реальную ёмкость.

Внутреннее сопротивление

Внутреннее сопротивление — также достаточно важный параметр аккумулятора. Единицей измерения внутреннего сопротивления является миллиом (мОм). Сопротивление, в свою очередь, зависит от емкости одного элемента (банки) аккумулятора, числа этих элементов, типа аккумулятора, срока службы и условий работы. Определяется внутреннее сопротивление с помощью приборов-анализаторов.

Во время работы аккумулятора внутреннее сопротивление постепенно увеличивается. Если аккумулятор имеет сопротивление в целых 500 Ом, то можно сделать вывод о том, что он имеет весьма солидный возраст или просто неправильно использовался.

Большое внутреннее сопротивление приводит к повышенному расходу электроэнергии и, как следствие, к меньшему времени работы приборов, так как по закону Ома большое сопротивление значительно увеличивает потребляемый ток и одновременное падение напряжения. А при сильном падении напряжения подключенный электроприбор принимает аккумулятор за разряженный или же просто за тот, который не в состоянии работать. В результате аккумулятор не может выдать всю запасенную энергию, что значительно сокращает время работы электроприборов.

Саморазряд аккумулятора — это самопроизвольная утечка электроэнергии из заряженного аккумулятора в течение некоторого времени. Этому явлению подвержены практически все виды аккумуляторов, независимо от их устройства и электрохимического типа.

Для количественного определения саморазряда служит величина энергии, которую теряет аккумулятор на протяжении определенного периода времени, и исчисляется он в процентах от величины полностью заряженного аккумулятора. Величина саморазряда — не постоянна, так, в первые сутки после зарядки она достигает максимальных значений, а затем постепенно уменьшается.

В связи с этим, принято измерять величину саморазряда в первые сутки, а затем через месяц после заряда. На саморазряд также имеет влияние температура окружающей среды, причем взаимосвязь между величиной саморазряда и температурой пропорциональна. Имеется в виду, что при повышении температуры увеличивается и величина саморазряда.

К примеру, у некоторых типов аккумуляторов при повышении температуры от 20 до 30 градусов величина саморазряда увеличивается в два раза. Если говорить о более конкретных его значениях, то для аккумуляторов Ni-Cd типа нормальной считается величина 10% в сутки, а аккумуляторы Ni-MH типа имеют несколько большую величину саморазряда, для Li-Ion и для Li-Pol эта величина настолько мала, что ее оценивают только через месяц после заряда. Что же касается месячной величины саморазряда, то для этих же типов аккумуляторов соответственно имеем такие параметры:

Эти показатели являются среднестатистическими, и могут несколько отличатся у каждого конкретного аккумулятора.

Для определения величины срока службы аккумулятора используют количество циклов между зарядом и разрядом аккумулятора, которое он способен выдержать во время эксплуатации, не меняя при этом в значительных пределах своих главных параметров, таких как емкость, величина саморазряда, в!гутрсннее сопротивление.

Также учитывается время, которое истекло с момента изготовления аккумулятора. В том случае, если емкость уменьшается до 60% номинального значения, аккумулятор считается вышедшим из строя. На срок службы влияют самые различные факторы:

• тип аккумулятора
• способ заряда
• условия эксплуатации
• правильность обслуживания

В зависимости от используемой электрохимической системы все аккумуляторы делятся на следующие типы:

• SLA/Pb — классические свинцово-кислотные
• Ni-Cd — никель-кадмиевые
• Ni-MH — никель-маталлгидридные
• Li-Ion — литий-ионные
• Li-Pol — литий-полимерные, которые являются относительно новым словом в современной технике.

Типичные сроки сохранности заряда различных типов батарей и аккумуляторов (при условии полного заряда)

• Никель-гидридные (Ni-MH) аккумуляторы — 2 недели (саморазряд 30% в месяц).
• Никель-кадмиевые (Ni-Cd) аккумуляторы — 3 недели (саморазряд 20% в месяц).
• Литий-ионные (Li-Ion) аккумуляторы — 6 недель (саморазряд 10% в месяц).
• Свинцовые кислотные аккумуляторы — 3 месяца (саморазряд 5% в месяц).
• Литиевые (Li-Metal) аккумуляторы — 1 год.

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.

Источник