В чем измеряется мощность аккумуляторной батареи

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.

Мощность аккумулятора — как определить

Автомобильный аккумулятор – неотъемлемая часть транспортного средства, без которого невозможен запуск двигателя, работа бортовой сети и прочего электрооборудования. Мощность аккумулятора и показатель его емкости – ключевые параметры, на которые надо смотреть при выборе. Правильно подобранная «батарейка» способна долго проработать, не вызывая проблем.

Мощность аккумулятора — это важный параметр, необходимый для правильного выбора АКБ.

Что такое мощность аккумулятора

Пусковая мощность АКБ разных ТС.

Пусковая мощность аккумуляторной батареи – максимальная выходная мощность, которую выдает источник питания в течение 30 секунд в условиях температуры -18° C. От этого параметра зависит способность АКБ запускать холодный мотор. Производителей много, и надо учитывать, что параметр подгоняется под разные стандарты.

Спецификация, актуальная для российского ТУ и германского DIN – стартерный режим разряда (что еще называют коротким разрядом). Отталкиваясь от нее, следует: при температуре рабочего раствора (электролита) в -18° C и при разрядном токе 255 А напряжение на клеммах спустя 30 секунд после запуска должно быть от 9 В. Если имеет место дальнейший разряд, напряжение упадет до 6 В, но не раньше, чем через 150 секунд. Проверив АКБ таким образом, можно быть уверенным, что она даст 3 – 5 попыток запуска мотора. К слову, пуском считается 10 секунд работы аккумулятора с последующими 30 секундами «отдыха».

Есть и другие стандарты: американский – SAE и европейский – EN. В данном случае название спецификации – ток холодной прокрутки. Те, кто разрабатывал эти стандарты, полагают, что предельная нагрузка на батарею приходится в первые секунды после пуска мотора. Соответственно, для холодного пуска нужна нагрузка больше, чем по ТУ и DIN – порядка 440 А. Спустя 10 секунд под такой нагрузкой напряжение на клеммах не должно падать ниже отметки в 7.5 В, а спустя 30 секунд – ниже 7.2 В. Требования стандартов совпадают – в условиях мороза АКБ должна обеспечить минимум три пуска мотора.

Подытоживая, мощность аккумулятора, зависящая от времени стартерного разряда – параметр, влияющий на количество попыток запуска двигателя. И чем больше энергоемкость батареи, тем больше таких попыток будет доступно.

Единицы измерения

Потребляемая мощность рассчитывается в Ваттах, а энергоемкость – в Ампер часах (А*ч).

От чего зависит мощность АКБ

Мощность источника питания, устанавливаемого в автомобиль, зависит от значения разрядного тока и среднего показателя напряжения.

При запуске мотора и работе стартера номинальное напряжение падает, а ток заряда растет. То есть когда повышается потребляемая мощность батареи в ходе пуска, падает уровень напряжения на ее клеммах. И чем меньше напряжение, тем хуже стартер выполняет свою задачу и проворачивает коленвал. Обратная зависимость: чем более мощный стоит аккумулятор, тем больше оборотов сделает стартер в ходе пуска мотора. Как итог – двигатель заводится быстрее.

Как рассчитать мощность

Замерять показатели надо через идентичные промежутки времени. Рассчитать мощность можно используя формулу: P = I x U, где P – мощность (Ватт), I – разрядный ток при -18° C (Ампер), U – напряжение в ходе разрядки (Вольт).

Формула мощности.

Пример расчета

Допустим, имеется свинцово-кислотная АКБ для обычной легковой машины с двигателем внутреннего сгорания. На ее корпусе указано значение емкости – 60 А*ч, а также напряжения – 12 В. Чтобы узнать мощность в Ваттах, надо эти параметры перемножить: 12 х 60 = 720 Вт*ч.

Определить мощность можно и в кВт*ч, для этого полученную цифру делят на 1000: 720 / 1000 = 0.72 кВт*ч.

Надо понимать, что такой подсчет груб. Мощность батареи, измеряемая в А*ч или кВт*ч – значение, получаемое эмпирическим путем, и оно показывает не общее количество электричества, вырабатываемое аккумулятором, а его способность запитывать электроприбор.

Как подобрать аккумулятор подходящей мощности

Изначально это делается в условиях завода теми, кто разрабатывает пусковую систему конкретного мотора для конкретной модели транспортного средства. Делая расчеты, отталкиваются от зарядных параметров АКБ при 75% зарядки, причем с третьей попытки стартерного разряда. Разработчики автомобилей задают следующие условия температуры:

• для бензиновых моторов, или работающих на товарных маслах, температура -20° C;
• для дизельных это диапазон от -15° до -17° C.

Дизеля сложнее заводятся в условиях мороза, поэтому применяются различные присадки или технические средства, ускоряющие запуск. Впрочем, актуальны они и для карбюраторных двигателей автомобилей, эксплуатируемых в суровом климате. Определив мощность и пусковой ток батареи, ее тестируют в лаборатории, а затем вписывают в технический паспорт машины как рекомендуемую. И если «родной» аккумулятор со временем выходит из строя, владелец самостоятельно меняет его на новый, ориентируясь на указанные параметры.

Во многом возможности АКБ определяются ее емкостью. От этого значения зависит время работы батареи на одном заряде. Какие факторы надо учесть, чтобы подобрать нужную энергоемкость:

• габариты транспортного средства;
• тип двигателя;
• климатические условия, в которых эксплуатируется автомобиль.

Каждый параметр батареи взаимосвязан, при этом базовая емкость АКБ обычно в пределах 40 – 50 А*ч. Далее порядок таков:

• +20% если машина грузовая или коммерческая;
• +20% если она эксплуатируется в условиях мороза;
• -10% если двигатель малолитражный;
• +15 если мотор высокомощный.

Получив значение, его округляют до ближайшего номинала (60, 80, 100 А*ч и т.д.). Именно от емкости зависит правильность работы бортовой сети и бензонасоса машины.

Второе, не менее важное значение при подборе автомобильного аккумулятора – пусковой ток. От него зависит корректная и безопасная работа стартера, преимущественно в условиях мороза. Выше ток холодной прокрутки – стартер быстрее запустит двигатель.

Подбирая АКБ, учитывают все параметры электрической цепи, включая совместимость источника питания с генератором. Основной критерий – двигатель: объем, сколько подключено оборудования, которое в сумме определяет силу прокрутки стартера. Другой момент – генератор, загруженный энергопотребителями, в любом случае должен подзаряжать аккумулятор.

Емкость и пусковой ток, конечно, главенствующие факторы, но надо понимать, что источники питания постоянно модернизируются, изготавливаются с применением разных технологий, имеющих характерные плюсы и минусы. Так, есть несколько типов батарей: сурьмянистые, кальциевые, EFB, гибридные, гелевые, AGM и другие. Также АКБ различаются по типу клемм, и здесь необходимо отталкиваться от того, в какой стране собрана машина (Америка, Азия, Европа).

Мощность аккумулятора, определяемая временем стартерного разряда, влияет на количество возможностей полноценного пуска мотора. В теплую погоду двигатель заводится легко, а вот зимой могут возникнуть сложности. Как итог – чем выше мощность и энергоемкость источника питания, тем больше шансов у водителя завести машину.

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:

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:

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.

Емкость аккумулятора.

Емкость аккумулятора — это техническая характеристика, показывающая тот период времени, в течении которого аккумулятор будет производить питание подключенной к нему нагрузки. Единицей измерения емкости аккумулятора является ампер-час, если же аккумулятор небольшой, то миллиампер-час. Определяется емкость аккумулятора по формуле, которая представляет собой произведение постоянного тока разряда аккумулятора (в амперах или миллиамперах) на время его заряда (в часах):

Е [А * час] = I [А] х T [час]

Какая емкость аккумулятора.

Какая емкость аккумулятора — это понятие, которое дает понять сколько времени аккумулятор сможет питать подключенную к нему нагрузку. Энергию аккумулятора (которая может накапливаться в заряженном полностью аккумуляторе) полностью не характеризует емкость аккумулятора. Поэтому, чем напряжение аккумулятора больше, тем и энергия накопленная в нем будет больше. Электрическая энергия равна произведению напряжения на ток и время протекания тока:

[Дж]= I [А] х U [В] х T [с]

А энергия аккумулятора для ИБП равняется произведению емкости аккумулятора на его номинальное напряжение:

W [Вт*час]= E [А*час] х U [В]

Емкость аккумулятора автомобиля.

Емкость аккумулятора автомобиля — этот показатель говорит о возможностях данного аккумулятора. Часто емкость аккумулятора путают с его зарядом (заряженностью). Емкость показывает только потенциал аккумулятора, то есть время которое он способен выполнять питание нагрузки при его полном заряде.

В качестве наглядного примера можно взять стакан воды. В зависимости от того полный стакан либо пустой, его емкость (объем) не изменяется. Аналогичная ситуация и с аккумулятором — емкость одна и та же как в заряженном, так и в разряженном состоянии аккумулятора.

Энергетическая емкость аккумулятора [Вт/элемент] — это характеристика аккумулятора показывающая его способность разряжаться в режиме постоянной мощности за определенный небольшой период времени (обычно 15 минут). Для измерения емкости аккумулятора в ампер-часах по его энергии в Вт/эл (15 мин) существует формула:

Резервная емкость аккумулятора является характеристикой автомобильного аккумулятора, которая показывает его способность производить питание электросистемы движущегося автомобиля при не работающем генераторе автомобиля. Единица измерения — минуты заряда аккумулятора током 25 А. Емкость аккумулятора (ампер-час) по его резервной емкости (минуты) можно приближенно оценить по формуле:

Величины, от которых зависит емкость аккумулятора:

Производители обычно назначают номинальной емкость свинцового аккумулятора для UPS при длительных разрядах (10,20, 100 часов). При таких разрядах емкость аккумулятора обозначается: С10, С20 и С100. Протекающий через нагрузку ток, например, при 20-часовом заряде — I20 можно рассчитать по формуле:

I20 [А] = Е20 [А*час] / 20[час]

2. Износ аккумулятора

В состоянии поставки емкость свинцового аккумулятора может быть немного меньше или больше его номинальной емкости. При выполнении несколько раз циклов разряд-заряд или после нескольких недель пребывания в буфере (под "плавающим" зарядом) емкость аккумулятора будет увеличиваться. Однако дальнейшая эксплуатация или хранение аккумулятора приводят к падению емкости аккумулятора, а сам аккумулятор стареет, изнашивается и значит потребуется замена аккумулятора на новый.

Измерение емкости аккумулятора.

Измерение емкости аккумулятора — этот процесс чаще всего выполняется методом контрольного разряда. Сначала производят его заряд, а потом постоянным током разряжают, при этом регистрируют время до конечного напряжения разряда. Затем по формуле определяется остаточная емкость аккумулятора: