Расчет тока потребления аккумуляторов

Расчет времени работы от аккумулятора

Предлагаем Вашему вниманию простой онлайн-калькулятор, при помощи которого можно рассчитать, сколько времени проработает аккумулятор определенной емкости при указанном токе нагрузки. Это позволит правильно подобрать источник питания для различных электронных устройств, в том числе и собранных своими руками.

Введите значения в поля, и нажмите «Вычислить». Результат покажет максимально возможное время работы Вашего аккумулятора.

Теоретически можно производить расчет по формуле: t=C_{_ак}/I_{_н} , где:

• t – продолжительность «работы» аккумуляторной батареи (ч);
• С_ак – емкость аккумулятора (мА*ч);
• I_н – ток нагрузки (мА).

Но, проблема заключается в том, что при увеличении нагрузки на АКБ, также увеличивается скорость разряда емкости. Например, аккумулятор емкостью 800 мА*ч при нагрузке 800 мА, будет работать не час, а несколько меньше. В связи с этим используется следующая формула для расчета: t=C_{_ак}/(I_{_н} × K_{_I} ), то есть, добавлен коэффициент K_I, это табличное значение, подбираемое в зависимости от типа АКБ. В данном онлайн-калькуляторе используется усредненное значение коэффициента K_I, равное 1,428.

Для получения результата достаточно ввести емкость АКБ (в мА*ч) и ток нагрузки (в мА). После этого нажать кнопку «Вычислить» и ознакомиться с результатом.

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

На сколько времени хватает аккумулятора: практические расчеты

При установке видеонаблюдения или аварийного освещения необходимо заранее рассчитать, на сколько хватит подключенного к системе аккумулятора. Время автономной работы в первую очередь зависит от емкости батареи. А вот зависимость от тока потребления приобретает обратно пропорциональный характер. Можно рассчитать, на сколько хватит аккумулятора, зная его емкость.

Время разряда батареи в зависимости от тока нагрузки

В аккумуляторных источниках емкость указывается из расчёта того, сколько АКБ может выдавать тока в стандартный промежуток времени. В том случае, если в специфике источника это время не указано, то в основном берется 20 часов. Например, если на АКБ емкость указана как 200 А*ч, то это можно расшифровать как то, что батарея способна питать током 10А на протяжении 20 часов.

Интересно то, что подобный расчёт времени работы аккумулятора применим не для большой нагрузки. В случае батарей была замечена необычная закономерность. Она заключается в невозможности отдавать большой процент емкости при большей нагрузке. Таким образом, получается, что при увеличении тока нагрузки уменьшается процент отдачи емкости со стороны АКБ. Например, источник в 200 А*ч будет выдавать ток в 200А на протяжении 15-30 минут, но никак не полноценного часа.

Интересный факт! Емкость АКБ, который разряжен большой нагрузкой, никуда не девается, а остается в батарее. Например, если батарея в 100 А*ч разряжена на 50А, то при ее заряде она потребит где-то 50 А*ч. Но, если оставить ее на некоторое время, то емкость восстановится за счет диффузии ионов в электродах источника.

Такой эффект связан с тем, что ток в аккумуляторе протекает под воздействием ионной проводимости. Если в электролите проводимость на достаточно высоком уровне и при этом не несет особых значений, то перенос ионов в пластинах АКБ и преодоление переносчиками фазового раздела из электрода и электролита будет происходит медленно. Другими словами, если батарея будет быстро разряжаться, некоторые ионы просто не будут успевать выйти в электролит из электрода или преодолеть это расстояние в обратном порядке за время разряжения. Именно это и будет ограничивать емкость аккумулятора при быстром разряде.

Такая анормальность была давно замечена. И для расчёта времени разряда используют куда более емкие формулы, в которые внесены поправки на такой эффект.

Методы расчета времени работы

Экспонента Пекерта

Для того, чтобы рассчитать время работы АКБ, стоит воспользоваться формулой Пекерта:

В формуле используются следующие обозначения величин:

1. Т – временной промежуток, ч.
2. С – коэффициент, вычисленный Пекертом, который обозначает емкость батареи при разряжении током величиной в 1А.
3. I – ток, при котором совершается разряд.
4. N – Экспонента Пекерта.

Экспонента в некоторых случаях сразу же указывается в документации или характеристиках аккумулятора. Она рассчитывается на основе данных с-рейтинга АКБ, т.е. емкости в разных временных промежутках разряда. Коэффициент Пекерта можно рассчитать самостоятельно по формуле:

Здесь R обозначает часовой рейтинг присущий емкости.

Формула Пекерта помогает максимально точно рассчитать время работы автономного источника питания.

Простая формула

Чтобы рассчитать, насколько хватит аккумулятора, можно использовать следующую формулу:

В ней используются следующие обозначения:

1. Е – емкость используемого АКБ, А*ч.
2. U – напряжение.
3. Р – мощность нагрузки, Ватт.

Данная формула сильно упрощена. Ее можно использовать, чтобы быстро рассчитать примерное время (5-15 часов разряда) того, сколько будет работать источник. В этом уравнении нет поправок на снижение отдачи энергии батареи во время короткого разряда и увеличение этого же показателя на длительных периодах. Также здесь не учтены коэффициенты, которые позволяют дать максимально точные данные.

В случае с простым способом расчёта есть и более совершенная формула:

В ней используются такие обозначения, как:

1. Т – время, на протяжении которого может работать источник питания, ч.
2. U – Напряжение АКБ, Ватт.
3. С – емкость аккумулятора, А*ч.
4. К – количество используемых батарей для питания.
5. H – Коэффициент полезного действия, применимый к преобразователю. Его показатели равняются 0.75-0.9, и довольно часто изменяются, так как показатель зависит от нагрузки.
6. К1 – коэффициент задающий глубину разряда источника 0.8-0.9. Рекомендуется использовать меньшее значение (т.е. 80%).
7. К2 – показатель доступной емкости.
8. Р – мощность от нагрузки.

Такая формула позволяет посчитать более точное время работы автономного источника питания, но для более длительных разрядов от 60 минут. На непродолжительном разряде полученные данные будут сильно разниться с реальными показателями из-за наличия нелинейной функции разрядов в кислотно-свинцовых батареях.

Расчет по таблицам из спецификаций АКБ

Способ расчета времени работы аккумулятора по таблицам из спецификаций батарей позволяет получить точные результаты. Этот метод выяснения времени, сколько может работать АКБ делится на три этапа.

Вычисление полной мощности аккумулятора, от потребляемой мощности нагрузки на АКБ

В формуле применяются такие обозначения, как:

• Р1 – мощность, кВт;
• Соs(φ) – характеристика на коэффициент мощности;
• К – степень прилагаемой нагрузки ИБП;
• КПД инвертора.

Например, если взять ИБП мощностью в 120 кВт, который работает при нагрузке в 70%. А коэффициент мощности в 0.8, то получится следующий расчёт:

Именно такая нагрузка и пойдёт на ИБП при питании источника устройства от аккумулятора.

Расчеты нагрузки только на один АКБ

На этом этапе важно перерассчитать нагрузку именно на одну батарею. Потому что обычно в больших источниках бесперебойного питания используются несколько батарей, соединенных последовательно. Количество АКБ может варьироваться до 40 штук.

Формула для вычисления нагрузки на одну батарею при условии, что в цепочке 40 штук выглядит так:

Достаточно просто разделить предыдущий результат на количество элементов в цепи. Также в дата-листах АКБ указывают мощность только на один элемент, которых, как правило, 6 штук в 12В батареях. Из этого следует, что нагрузка примет такое значение:

Где Рэл – это мощность одного элемента.

Просмотр и изучение разрядных таблиц аккумуляторов и последующий подбор подходящего элемента

Базовой характеристикой каждой батареи считается ее энергоподача. Этот показатель указывает на количество выдаваемой мощности АКБ в определенный временной промежуток. В характеристических таблицах ориентиры идут на глубину разряда. Таблицы выглядят следующим образом:

Для примера были взяты две таблицы аккумулятора Дельта из двух серий. В ходе вычисления была выявлена нагрузка в 298Вт. По таблицам видно, что первый источник выдержит нагрузку почти 14 минут, а второй — 16. Очевидно, что выбор лучше делать на второй аккумулятор.

Проведение реальных разрядов

Самые точные показатели дает проверка проведением реальных разрядов. Но эта процедура очень длительная. Также не стоит забывать, что АКБ приобретает максимальную ёмкость только на 10 цикле заряд-разряд.

Заключение

Узнать насколько хватает аккумулятора для питания той или иной техники достаточно просто. Формулы весьма легкие. Также существуют специальные калькуляторы, в которые достаточно вбить все необходимые данные.

Источник