Сколько ватт дает аккумулятор

Что такое энергоемкость аккумулятора

Емкость – основная характеристика аккумулятора. От нее зависит объем энергии, которую способен накопить и отдать источник питания, и время автономной работы питающегося от него оборудования. В случае с электровелосипедами и другими видами персонального электротранспорта от емкости аккумуляторной батареи напрямую зависит расстояние пробега на 1 заряде.

В чем измеряется емкость АКБ?

В вопросе, что такое энергоемкость аккумулятора, рассматривается несколько характеристик – от удельных до абсолютных величин. В технических характеристиках емкость АКБ указывается в ампер-часах (А·ч) и/или ватт-часах (Вт·ч). Более точно возможности источника питания отражает значение в ватт-часах. Это абсолютная емкость. Ее значение показывает, какую мощность может выдавать данная АКБ на протяжении 1 часа, независимо от разрядных токов и напряжения.

Например, батарея энергоемкостью 450 Вт·ч может выдавать мощность 450 Вт на протяжении 1 часа. Удельная энергоемкость измеряется в Вт·ч/кг и показывает, какую мощность может предоставлять данная АКБ массой 1 кг на протяжении 1 часа. Чем больше удельная энергоемкость (другими словами – энергетическая плотность) элементов питания, тем меньше их масса при равной величине накапливаемой энергии.

Емкость в ампер-часах – это уже относительная величина, зависящая от номинального напряжения батареи. Например, литий-ионные аккумуляторы имеют номинальное напряжение 3,7 В на элемент, а литий-железо-фосфатные (LiFePO4) – 3,2 В. Для набора необходимого напряжения – 36 В, 48 В и т.д. – элементы питания соединяются в батарею последовательно. Для суммирования емкости ячеек они соединяются параллельно.

Перевод емкости из А·ч в Вт·ч

Чтобы рассчитать абсолютную постоянную энергоемкость в Вт·ч, зная значение в А·ч, нужно умножить его на номинальное напряжение АКБ:

Вт·ч (Wh) = В (V) х А·ч (Ah).

Например, для батареи емкостью 13 А·ч и вольтажом 36 В абсолютная энергоемкость составит 13 А·ч х36 В = 468 Вт·ч.

Аналогично, зная абсолютную постоянную энергоемкость батареи в Вт·ч, можно рассчитать ее реальную емкость при определенном рабочем напряжении оборудования. Для этого достаточно разделить абсолютную емкость в ватт-часах на рабочее напряжение нагрузки в вольтах:

А·ч (Ah) = Вт·ч (Wh) : В (V).

Например: 468 Вт·ч :36 В =13 А·ч, а 468 Вт·ч :24 В =19,5 А·ч.

О напряжении

Чаще всего АКБ электровелосипедов имеют рабочее напряжение 24, 36 или 48 В. С его возрастанием обычно увеличивается и максимально развиваемая скорость е-байка. Конечно, на мощность и скорость электровелосипеда влияют и другие факторы, такие как мощность мотора и эффективность трансмиссии. Но все же мощные и скоростные е-байки обычно оснащаются АКБ с напряжением 48 В и выше.

Выводы: на что влияет энергоемкость АКБ электровелосипеда

От этой характеристики зависит дальность поездок на 1 заряде батареи. Ориентировочно при езде в наиболее экономичном режиме – по ровному асфальту, без резких разгонов и торможений, встречного ветра и других препятствий – на каждый километр пути тратится 8–10 Вт·ч энергии литиевой аккумуляторной батареи (без кручения педалей). При вращении педалей велосипедист уменьшает потребляемый мотором ток, поэтому и запас энергии батареи расходуется экономнее.

Наиболее точно и наглядно емкость характеризует ее абсолютная постоянная величина, измеряемая в ватт-часах. Зная ее, легко определить и ориентировочную дальность хода на 1 заряде, и относительную емкость в ампер-часах, которая зависит от номинального напряжения питаемого оборудования.

Источник

Мощность аккумулятора: методики определения и стандарты

Потребители энергии получают определенный ток от батареи или аккумулятора. Как долго они могут работать, зависит от емкости элементов, составляющих батарею. Если нагрузка потребляет ток 1 А, он будет заряжаться 1 Ач в течение часа. Батарея 10 Ач теоретически может питать потребитель, требующий 1 А в течение 10 часов. Для того, которому требуется ток 2 А, время работы от батареи 10 Ач будет сокращено до 5 часов. Резистивные нагрузки (например лампочка) будут потреблять меньший ток при падении напряжения батареи. Потребители, оснащенные преобразователем постоянного тока, могут получать постоянную мощность даже при изменении напряжения, то есть когда напряжение питания падает, они потребляют больше тока.

Итак, давайте опустим напряжение аккумулятора и сосредоточимся только на ампер-часах для определения его емкости. Как батарея 12 В 10 Ач, так и батарея 6 В 10 Ач могут питать потребитель током 1 А в течение 10 часов, но в случае 12 В он будет использовать 12 Вт, а в случае 6 В это будет 6 Вт. Поэтому емкость батарей часто указывается в Втч, то есть батарея на 10 Вт может обеспечить током потребитель мощностью 1 Вт в течение 10 часов. Такие батареи имеют емкость в Ватт-час, соответственно батарея 12 В, 10 Ач -> 120 Вт-ч и 6 В, 10 А-ч -> 60 Вт-ч.

Напряжение, ток, мощность — что это за значения и как они связаны? Позвольте вставить немного теории.

Напряжение

Напряжение выражается в вольтах, пишется [В]. Представьте себе двух враждующих собак, которых владельцы держат на поводках. Эти собаки представляют собой группы электрических зарядов и сила, которую они тянут — это напряжение. Чем больше сила взаимодействия между ними, тем больше напряжение. Поэтому нет смысла говорить о напряженности только в одной точке — она всегда определяется между двумя точками.

Точно так же высота холмов дана над уровнем моря (то есть мера простирается между поверхностью морской воды и вершиной горы) или относительно другой точки, например города, расположенного у его подножия. В обоих случаях это одинаковые высокие части, но измеренные по-разному.

То же самое с напряжением: измеренное относительно одной точки в схеме будет иметь одно значение, а относительно другой — другое значение. Поэтому электроника приняла существование так называемой массы, то есть точки, от которой измеряем все напряжения. Мы измеряем их с помощью вольтметра, подключенного параллельно цепи к источнику напряжения.

Напряжение может существовать и «само по себе». Например покупаем батарейку 1,5 В и она имеет напряжение, близкое к номинальному напряжению между клеммами. Если оставим её лежать в шкафу, напряжение на контактах батареи будет оставаться таким-же через несколько дней, месяцев или даже лет. Со временем конечно напряжение будет уменьшаться в результате химических процессов, происходящих внутри ячейки.

Срок годности

Никакая мощность батарейки не способна сохраниться навечно.

К тому же, заряд энергии элемента питания теряется даже тогда, когда он бездействует, хранится в шкафу или ящике стола.

Именно поэтому срок службы батарейки важен при покупке нового элемента питания.

Подобрав нужную мощность батарейки и НЕ взглянув на срок годности, можно поплатиться за свою халатность.

Возвращать просроченную батарейку, которая стоит копейки, — бессмысленно и глупо, а одеться и сходить в магазин за новой батарейкой — это придется.

Сила тока

Ток, его интенсивность указывается в амперах, пишется [A]. Это результат действия напряжения: как только две группы зарядов смогут взаимодействовать друг с другом через какой-то путь, сила тока будет описывать, как быстро они это делают. То есть сила электрического тока — это количество зарядов, протекающих по цепи в секунду. Тем не менее, никто не считает отдельные электроны, физики изобрели несколько методов для облегчения этого дела.

Ток определяется в одной точке цепи: в проводе, резисторе, аккумуляторе и так далее. Мы измеряем его с помощью амперметра, подключенного последовательно в цепи — на время измерения он имитирует кусок провода (но амперметр имеет ненулевое сопротивление, которое иногда следует принимать во внимание).

Контроль саморазряда

Каждый аккумулятор неизбежно теряет заряд. Для контроля расхода ампер часов аккумулятора расчёты обязательно необходимы. Сначала нужно вычислить энергию, которая хранится в накопителе на момент полного заряда. Делать это придётся сразу же после отключения аккумулятора от сети.

Затем нужно оставить его где-то на месяц, а после повторить действия. Если сроки не терпят, то можно подождать всего неделю, а результат умножить на четыре. Нормальными значениями расхода для среднего устройства считается десятая часть от полной ёмкости в неделю либо четыре таких части в месяц.

Если энергия теряется слишком быстро, то следует разобраться с причинами неисправности. Она может быть связана с большими показателями сопротивления. Чтобы снизить значение Ом в сети, надо заменить стальную пружину — держатель аккумулятора. Если шунтировать элемент медным проводом, то это должно изменить ситуацию. Иначе нужно задуматься о полной замене устройства на новое.

Сопротивление

Закон Ома связывает ток и напряжение в еще один элемент — сопротивление. Именно это сопротивление является путем, по которому группы зарядов могут перемещаться с одной стороны на другую. Чем оно больше, тем уже этот путь, поэтому поток медленнее (меньший ток). Единица сопротивления — Ом.

Полезное: ЗУ на 12 В с регулируемым зарядным током

При вычислении напряжение обычно обозначают как U, ток как I, а сопротивление R. Если хотим выразить соотношение между этими переменными, то будем использовать закон Ома, а именно:

U = I * R

Например, на резисторе 100 Ом, через который протекает ток 0,1 А, будет падение напряжения:

0,1 А * 100 Ом = 10 В

3) Расчет по таблицам из спецификаций АКБ

Профессионально и точно можно рассчитать время автономии используя разрядные таблицы аккумуляторов. Опишем алгоритм по шагам:

Шаг 1. Расчет полной мощности в мощность нагрузки на аккумуляторы

Ракб= (Pнагр*cos(φ)*Кнагр)/КПДинв

• Pнагр – мощность в кВа
• cos(φ) – характеристика коэффициент мощности (характеристика нагрузки)
• Кнагр – степень загрузки ИБП
• КПДинв – коэффициент полезного действия инвертора

Мощность

Электричество выражается в ваттах, единица измерения [Вт]. Чтобы объяснить суть, обратимся к физическому определению: это работа, выполненная за единицу времени. Таким образом, его можно рассматривать как скорость потока энергии, которая передается схеме источниками или извлекается из нее потребителями.

Ключевое слово «за единицу времени». Благодаря этому некоторые элементы способны передавать мощность в десятки киловатт, но это происходит всего за несколько микросекунд. Энергия выделяемая в это время настолько мала, что корпус элемента даже не нагревается.

В расчетах переменная для мощности обычно упоминается как P, можем соотнести мощность в электрических цепях с напряжением и током через такую формулу:

P = U * I

Используя закон Ома, можем легко преобразовать формулу в зависимость от тока и сопротивления:

P = I2 * R

Так на резисторе 100 Ом, через который протекает 0,1 А, будет выделяться мощность (в виде тепла):

0,1A * 0,1A * 100 Ом = 1 Вт

Преобразовав формулы вы можете рассчитать любой ток, например протекающий через нить накала автомобильной лампы.

На бытовых счетчиках электроэнергии есть надпись «кВт-ч» , или киловатт-час, и теперь вы знаете, что для использования энергии 1 кВт / ч необходимо подключить потребитель мощностью 1000 Вт (1 кВт) в течение часа или, например, лампочку 100 Вт в течение 10 часов.

Точно так же на аккумуляторных батареях или батареях имеется надпись, например 55 Ач, то есть теоретически емкость заряженной батареи позволяет потреблять, например, ток 1 А в течение 55 часов. А надпись на батарейке 3 Втч означает, что теоретически, 3 Вт можно получить в течение часа.

Вообще ампер-час как единица измерения давно используется для семейств АКБ с фиксированным напряжением, например, бортовых аккумуляторов в легковых автомобилях.

На заметку: свинцово-кислотная батарея предпочитает периодические нагрузки постоянному сильному разряду. Периоды отдыха позволяют батарее изменить химическую реакцию и предотвратить истощение. Вот почему свинцовая кислота хорошо работает в пусковом устройстве с короткими нагрузками в сотни ампер и достаточным временем для перезарядки между ними.

Мощность аккумулятора: методики определения и стандарты

Многие знают, что мощность любого электрического устройства определяется, как произведение разрядного тока и среднего напряжения в цепи. Этот показатель можно выразить формулой P = I · U, в которой:

• I — обозначает пусковой ток (в соответствии с современными стандартами, он представляет собой ток разряда, необходимого для прокрутки стартера при температуре −18°C).

• U — является средним арифметическим значением напряжения разряда, которое измеряется через определенные (равные) интервалы времени.

Если говорить о свинцово-кислотных автомобильных аккумуляторах

, то для таких батарей характерно уменьшение среднего напряжения, наблюдаемое одновременно с увеличением разрядного тока в процессе работы стартера. С учетом постоянства пускового тока можно сделать следующий вывод: чем больше затрачиваемая на пуск двигателя мощность, тем меньше будет электрическое напряжение на клеммах. Другими словами, с каждой попыткой запуска стартер будет вращаться медленнее. Исходя из этого, можно сделать вывод о том, что при большей мощности АКБ стартер будет прокручивать моховик быстрее, соответственно, запуск мотора произойдет быстрее.

Чтобы сравнить мощности аккумуляторов, традиционно подвергаются сравнению параметры их пусковых токов, от которых непосредственно зависит мощность. Причем, методик для этого существует огромное количество. Среди наиболее распространенных стандартов стоит отметить отечественный ГОСТ, немецкий DIN, американский SAE, EN, IEC и пр.

Что такое стартерный разряд? За границей этот параметр также называют разрядом коротким, и он является параметром, определяемым при помощи простой методики. В соответствии с ней, аккумулятор периодически подвергают кратковременным разрядам, пока напряжение на клеммах не достигнет отметки в 6 В. Причем, нормативная документация включает в себя определенные промежуточные интервалы от первого разряда, которые могут составлять от 5 до 30 секунд. В течение этого времени величина напряжения батареи контролируется приборами.

Объем энергии, определяемый временем короткого разряда, указывает на продолжительность попыток запуска мотора. Другими словами, количество проб запуска в непосредственной степени зависит от емкости АКБ.

В современной практике применяется несколько видов маркировки аккумуляторов, каждая из которых предполагает применение особых режимов определения мощности. Это вносит определенную путаницу в процесс выбора батареи для авто рядовым потребителем, ведь далеко не все знают, что такое стандарт DIN, чем отличается ТУ, SAE или EN? Даже визуально прекрасно видно, что значение мощности тока по таблице SAE, например, значительно превышает аналогичный показатель по ТУ или DIN. Не вдаваясь в специфику отдельных методик испытаний, можно сказать, что соотношение тока короткого разряда американской системе SAE и стандарту ЕС EN к аналогичной характеристике по DIN и российскому ТУ равно 1,7. Этот коэффициент позволяет без проблем определить корректное значение тока по любому стандарту.

Закон Пейкерта

Для кислотных батарей действует так называемый Закон Пейкерта, который определяет зависимость доступной емкости от тока, потребляемого от ячейки. Проще говоря, чем больше тока потребляем, тем меньше эффективная мощность.

Закон Пейкерта учитывает внутреннее сопротивление и скорость восстановления батареи. Значение, близкое к единице, указывает на хорошо работающую батарею с хорошей эффективностью и минимальными потерями; большее число отражает менее эффективную батарею. Закон Пейкерта экспоненциальный — показания для свинцовой кислотной находятся в диапазоне от 1,3 до 1,5 и увеличиваются с возрастом. Температура также влияет на показания. Рисунок иллюстрирует доступную мощность в зависимости от ампер, рассчитанных с различными значениями рейтинга Пейкерта.

Например, свинцово-кислотная батарея емкостью 120 Ач, разряжаемая при 15 А, должна работать 8 часов (120 Ач делится на 15 А). Неэффективность, вызванная эффектом Пейкерта, сокращает время разряда. Чтобы рассчитать фактическую продолжительность разряда, разделите время на показатель Пейкерта, который в этом примере равен 1,3. Как видите деление времени разряда на 1,3 сокращает продолжительность с 8 до 6,15 часов.

И в продолжение темы ещё одна интересная статья по вопросу правильного выбора напряжения заряда автомобильных АКБ и возможности использовать для этого подручные БП.

2) Формула Пекерта

T=Cp/I^ n

• T – время в часах
• Cp – емкость Пекерта (ёмкость АКБ при разряде током 1А)
• I – ток разряда
• n – экспонента Пекерта

Экспонента Пекерта иногда указывается в характеристиках АКБ, и рассчитывается она на основании данных C-рейтинга аккумулятора (емкость на разном времени разряда). Емкость Пекерта рассчитывается по формуле – Ср=R(C/R)^n (R – рейтинг в часах, соответствующий данной емкости, например, 10).

На базе этой формулы с учетом КПД инверторов и глубины разряда основаны наши калькуляторы. Они с высокой точностью рассчитывают время автономии как на коротких, так и на длинных разрядах.

Обслуживаемый или необслуживаемый аккумулятор

Определяется цена аккумулятор по способу эксплуатации. Наиболее привлекательными по стоимости являются варианты обслуживаемой группы. Их особенность – открытый доступ ко всем элементам. В процессе эксплуатации подобную батарею нужно контролировать, доливая дистиллированную воду в случае закипания. Ее плюс – ремонтопригодность.

Необслуживаемые АКБ – прогрессивные приборы, не нуждающиеся в доливке воды. Достичь этого производителям удалось за счет исключения из конструкции жидкого электролита. Батареи получили герметичный корпус, большие показатели емкости и пусковой мощности. Стоимость их является самой высокой. Они не поддаются ремонту.

Можно также купить аккумулятор для машины промежуточного типа – малообслуживаемый. Он редко нуждается в доливке воды и менее требователен в контроле. У таких батарей снижен риск возникновения прямого замыкания. Стоимость приборов меньше, чем цена на необслуживаемые варианты и выше, по сравнению с обслуживаемыми. Качественные и надежные аккумуляторы можно найти на нашем сайте. Приятных ВАМ покупок!

Какие бывают современные аккумуляторы

Производители предлагают акб с гелевым и щелочным содержимым. Первые заполняются электролитом, имеющим связанную формулу. В традиционных батареях последний представляет собой кислоту. Она является агрессивной и при вытекании представляет опасность для человека. Чтобы увеличить уровень безопасности, разработчики снизили уровень текучести электролита. Устанавливать гелевые приборы можно в наклонном положении. Их дополнительные преимущества – низкий риск самозаряда, способность противостоять вибрациям. Они способны выдавать высокий холодный ток, что не зависит от заряда.

Купить недорогой аккумулятор автомобильный можно в группе щелочных модификаций. Такие АКБ содержат не кислоту, а щёлочь. Они имеют длительный срок службы без риска ухудшения первоначальных характеристик. Отлично демонстрируют себя представленные батареи на морозе. Их неоспоримым достоинством является отсутствие опасных испарений. Встречаются авто аккумуляторы литиевые и литий-ионные. В настоящее время они признаны наиболее перспективными в качестве вспомогательных источников энергии. Их важные плюсы – большая удельная емкость, минимальный риск самозаряда.

Батарея 100 кВтч

Самая мощная батарея Tesla. Внутренние элементы аккумуляторной батареи были переконфигурированы, чтобы в каждый модуль вмещалось 516 аккумуляторов 18650.

В общей сложности в 100-киловаттной батареи было помещено 8256 аккумуляторов Панасоник, способных хранить чуть более 100 кВтч энергии, и позволяя электрическим автомобилям Тесла проезжать более 500 километров.

Данная батарея имеет токоотдачу 25C и представляет собой «последнее слово техники» в инженерии батарей от компании Тесла.

И даже на этом развитие и усовершенствование не останавливается. Чтобы еще больше повысить эффективность аккумуляторов и снизить затраты, компания Tesla построила крупную фабрику батарей в Спаркс, штат Невада, которая называется Gigafactory 1.

Фабрика производит новую конструкцию аккумулятора под названием 2170. Он имеет диаметр 21 мм и высоту 70 мм, и первоначально использовался в Tesla Powerwall и Powerpack, а также в новом седане Tesla Model 3, который меньше и дешевле от Model S.

Аккумулятор 2170 на 46% больше по объему, чем 18650 и 10-15 % более энергоэффективной, чем 18650.

Источник