Что такое емкость аккумулятора
Перейти к содержимому

Что такое емкость аккумулятора

  • автор:

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?

Литиевый аккумулятор VBS 48В 16А*ч, корпус Hailong 2 с ЗУ

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:

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:

Li-ion аккумулятор VBS 48В от 13А*ч (текстолит, термоусадка) с ЗУ фото

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.

Немного о портативных аккумуляторах

Я как любитель гаджетов и современных технологий обладаю смартфоном и прочим добром. И на определенном пути столкнулся с одной, на мой взгляд, серьезной проблемой передовых устройств — они обладают относительно небольшим временем автономной работы от аккумулятора. Да, спорить не буду, есть «монстры» телефоностроения, обладающие аккумуляторами по 4000 мАч и более. Но, зачастую, такие устройства крайне редки и обладают другими минусами. В любом случае, даже если ваш гаджет способен продержаться до вечера (а мой Nexus 5 c 2300 мАч не из этого списка), рано или поздно встает вопрос о покупке портативного аккумулятора.

  • необходимая ёмкость
  • цена\качество
  • внешний вид (да-да, нужно стремиться не только к эргономике, но получать удовольствие эстетически)

Коротко об этом самом девайсе

  1. хорошая ёмкость
  2. два выхода по 5В, 1 А; один выход 5В, 2.1 А
  3. вход для зарядки аккумулятора microUSB
  1. Маркий глянцевый корпус

Арифметика расчета ёмкости

  1. принимаем КПД преобразователя напряжения за 100%
  2. принимаем все указанные ёмкости за реальные значения
  3. считаем постоянными значения тока и напряжения во время зарядки
  4. зарядка телефона происходит от идеальных 0% до 100% (без учета остаточного заряда, который закладывают производители и тд.)

Максимально возможный полезный заряд аккумулятора называется зарядной ёмкостью, или просто ёмкостью. Ёмкость аккумулятора — это заряд, отдаваемый полностью заряженным аккумулятором при разряде до наименьшего допустимого напряжения. В системе СИ ёмкость аккумуляторов измеряют в кулонах, на практике часто используется внесистемная единица — ампер-час. 1 А⋅ч = 3600 Кл. Ёмкость аккумулятора указывается производителем. Не путать с электрической ёмкостью конденсатора.

В настоящее время всё чаще на аккумуляторах указывается энергетическая ёмкость — энергия, отдаваемая полностью заряженным аккумулятором при разряде до наименьшего допустимого напряжения. В системе СИ она измеряется в джоулях, на практике используется внесистемная единица — ватт-час. 1 Вт⋅ч = 3600 Дж.

На упаковке имеем гордую надпись: «13000 мАч». Это наша зарядная ёмкость.
Внимательно посмотрев на наклеечку с обратной стороны видим следующее.

Напряжение: 3.7 В.
Зарядная ёмкость: 13000 мАч.
Энергетическая ёмкость: 48.1 Вт⋅ч.

Оказывается, многие производители указывают запасаемый заряд в мАч (mAh), но также важно напряжение работы данного устройства. В самой полной мере «ёмкость» характеризует запасаемая энергия.

Часто люди путают понятия запасаемый заряд и запасаемая энергия называя это «ёмкостью». Если не нужна большАя точность, то можно считать, что запасаемая энергия (в Вт·ч) приблизительно равна произведению запасаемого заряда (в А·ч) на среднее напряжение (в Вольтах).

1 Вт·ч = 1 В · 1 А·ч.

Теперь, разобравшись в понятиях, перейдем к нашему примеру: 48.1 Вт⋅ч аккумулятора это и есть 13 Ач (13000 мАч) умноженные на 3.7 В. Пока всё сходится. Но, наше устройство заряжается от выхода в 5 В. Поэтому заряд, который способно выдать наше устройство находится как частное от запасаемой энергии и выходного напряжения.
48.1 Вт⋅ч / 5 В = 9.62 Ач (9620 мАч).

Анализируем

Теперь можно легко посчитать «сколько раз я могу зарядить своё устройство». Так, тот же Nexus 5 можно зарядить:
9620 мАч/ 2300 мАч = 4.18
Или, иначе говоря, немногим более 4 раз. Что против 5,5

Делаем выводы

Рассчитанный запасаемый заряд 9620 мАч оказался на 26% меньше, чем 13000 мАч, которые мы видим на коробке. И на 26% меньше чем ожидает неискушенный расчетами пользователь. Хотя, фактически производитель нас совершенно не обманывал. Просто такой маркетинговый ход.

Емкость аккумулятора что это такое?

Емкость аккумулятора — это некоторое количество электричества, переданное от аккумулятора в процессе его разряда до определенного напряжения. При практических расчетах емкость аккумулятора выражают в ампер-часах (Ач) .

Чем больше емкость аккумулятора, тем дольше телефон может работать без подзарядки. Емкость аккумулятора обычно находится в пределах от 380 до 1800 мА/ч, что позволяет телефону работать без подзарядки от одного до десяти дней. Естественно, необходимо учитывать интенсивность использования телефона. Так, например, если вы планируете разговаривать около 30 минут в день, активно пользоваться SMS, органайзером, играми, будильниками и другими сервисами, то даже самого емкого аккумулятора хватит на пару дней.

На что влияет емкость аккумулятора автомобиля?

Еще не так давно были известны только свинцово-кислотные сурьмянистые АКБ. Это достаточно мощные источники постоянного тока, которые вполне справлялись со своими обязанностями. Со временем количество разного электрического оборудования в автомобиле увеличилось, и штатных возможностей батарей стало недостаточно. Возникла необходимость повышать ток, уменьшать габариты и увеличивать емкость аккумулятора автомобиля. Для этого были придуманы новые технологии и внедрены более совершенные материалы, позволившие сделать долговечные стартерные и тяговые элементы питания.

Определение емкости АКБ

У каждого аккумулятора есть целый набор параметров. В него входят следующие характеристики:

  1. Пусковой ток — величина, выраженная в Амперах и показывающая силовые возможности источника питания. Чем больше характеристика, тем более мощный крутящий момент АКБ создает. Есть 3 стандарта: EN, DIN и японский. Первые два отличаются между собой в 1,7 раза, потому что испытания проводятся при других условиях. Например, батарея 350 А по DIN соответствует АКБ 600 А по EN.
  2. Номинальное напряжение — величина, выраженная в Вольтах, указывающая потенциал источника. В нормальном заряженном состоянии оно должно быть 12,7 В. Косвенно по напряжению можно судить о величине заряда элемента АКБ и общем состоянии. Если на аккумуляторной батарее оно не повышается более 9 В, это указывает на короткое замыкание в одной из ячеек.
  3. Емкость свинцово-кислотного аккумулятора — это энергетическая величина, выражаемая в А/ч, которая указывает на длительность работы элемента питания. Чем цифра больше, тем и большее количество циклов выдержит батарея.

Емкость влияет на продолжительность работы, которая определяется в единицах времени. В простом понимании ее можно характеризовать как вместительность — то есть, она наглядно показывает, какое количество заряженных частиц может быть вмещено в структуру источника.

Первые батареи были менее энергоемкими. Данная величина аккумулятора автомобиля тех лет могла быть равна 10-30 А, потому что технологии их производства еще не были совершенными или настолько развитыми, как сейчас. В современное время, при меньших размерах батареи стали более вместительными. Для легковых автомобилей применяются элементы питания до 100 А/ч на грузовых — от 80 А/ч.

Емкость характеризует энергетический объем, но при этом батареи одного размера могут обладать разной емкостью, отличающейся на несколько десятков А/ч. Это связано с разными технологиями изготовления, но при этом общий принцип всегда остается единым: есть обкладки или решетки, погруженные в жидкий или гелеобразный электролит. В решетках содержится паста, способная накапливать заряженные ионы. Емкость косвенно показывает, сколько может вместиться этих самых ионов. Соответственно, для ее увеличения нужно делать решетки больше. Поэтому есть естественный предел, который ограничивается габаритами корпуса.

Как измерить емкость аккумулятора?

Чтобы понять, что такое емкость аккумулятора и на что она влияет, нужно разобраться в сущности определения. Емкость отражает время, в течение которого батарея сможет обеспечивать ток заданной величины. Рассмотрим пример автомобильной батареи с емкостью 65 А/ч.

Если к такой АКБ подключить нагрузку сопротивлением 1,2 Ома, то через нее пойдет ток, равный 10А. Если разделить 65 А/ч на 10А, мы получим время, в течение которого источник питания должен обеспечивать ток с указанной силой. В данном примере получается 6,5 часов. Многие спросят: как же так, если на батареях написаны также цифры 600 А или 590 А? Если их разделить на 10, получится намного больше! Но дело в том, что пусковой ток измеряется практически мгновенно. По стандарту EN проводится 2 цикла измерений: 10 и 30 секунд при полной и 60%-ой загруженности.

Емкость, как энергетическая характеристика аккумулятора, определяет время работы батареи на машине. Так как она используется практически только для запуска двигателя и питания оборудования при остановленном моторе, правильнее говорить, что она указывает на количество пусков. Именно этот параметр является наиболее показательным, так как данную величину можно измерить и самостоятельно, без всякого оборудования. Достаточно выполнить n-е количество пусков стартера автомобиля, пока напряжение не упадет до состояния 10,3 В, то есть до полной разрядки.

На этом же принципе работает измерение представленного показателя. Чтобы определить этот важный параметр, можно провести элементарный опыт:

  1. Предварительно зарядите источник постоянного тока до состояния полного заряда. На нем должно быть напряжение 12,7 В.
  2. Найдите у себя пару ламп на 12 В с мощностью 60 Вт каждая. Важно, чтобы они не превышали 120 Вт суммарно. На батарею нельзя длительно воздействовать большими токами. Она, как известно, работает в импульсном режиме, поэтому величину следует ограничить 10 А.
  3. Подключите к батарее лампы вместе с прибором для контроля тока — это может быть амперметр, но также можно измерять напряжение на одной из ламп, если нет амперметра или мультиметра.
  4. Засеките время с подключения цепи к АКБ и до момента, когда напряжение упадет до 10,3 В. Это важно, потому что при более глубоком разряде начнутся необратимые химические процессы, которые приведут к деградации пластин и их последующему разрушению.

Вы получите время, в течение которого батарея обеспечивала заданный высокий рабочий ток. Останется только его умножить на величину тока в цепи. Таким образом, можно определить общее состояние аккумуляторной батареи. Если полученная в ходе эксперимента цифра практически равна той, которая указана в паспорте, то батарея еще вполне исправна.

Как выбрать батарею по емкости?

Емкость зависит от технологии и геометрии источника постоянного тока. Например, АКБ с длиной корпуса 242 мм не может вместить в себя более 70 А/ч по конструктивным особенностям. В нее попросту не вмещается больше активной пасты, но если есть возможность увеличить ее с 65 до 70 А/ч, то это лучше сделать. Работа такой батареи будет продлена на несколько запусков ДВС. Что касается генератора, то он рассчитан на максимальный зарядный ток 120 А, чего с лихвой хватит для полной зарядки даже батарей с увеличенной емкостью.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *