Что такое ёмкость автомобильного аккумулятора и какое значение выбирать? Мы земную жизнь перевернем! Что обозначает емкость аккумулятора автомобиля

06.10.2015

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).

Пример расчета необходимой емкости

Как известно, расчет потребленной мощности производится в Вт, а емкость батареи для ИБП - в А·ч. Чтобы рассчитать требуемую емкость аккумуляторов для питания той или иной техники, необходимо произвести некоторый пересчет. Для лучшего понимания рассмотрим конкретный пример. Допустим, имеется критичная нагрузка 500 Вт, требующая резервирования в течение 3 часов. Так как величина накопленной энергии зависит не только от емкости батареи, но и ее напряжения, для расчета делим общую мощность резервируемого оборудования на их рабочее напряжение (часто путают с напряжением холостого хода полностью заряженной батареи). Для стандартного 12В аккумулятора, величина необходимой емкости батареи составит:

Q= (P· t) / V· k

где Q - необходимая емкость аккумулятора, А·ч;

V - напряжение каждой аккумуляторной батареи, В;

t - время резервирования, ч;

k - коэффициент использования емкости аккумуляторов (количества электрической энергии, допустимой к использованию потребителями).

Необходимость введения коэффициента k обусловлена возможностью неполного заряда АКБ. Вдобавок к этому, сильный (глубокий) разряд, следующий после небольшого количества рабочих циклов заряда и разряда, ведет к преждевременному износу и выходу из строя батареи. К примеру, если новый аккумулятор разряжать на 30% от его общей емкости, после чего сразу производить его зарядку, способен выдержать около 1000 подобных циклов. В случае если величина разряда уменьшится до 70%, то количество данных циклов снизится примерно на 200.

Итого, получаем, что для питания данной нагрузки в течение указанного периода времени потребуется:

Q = 500·3/ 12·0,7 = 178,6 А·ч.

Это минимально необходимая емкость аккумуляторных батарей для рассматриваемого случая. В идеале лучше брать источник энергии с небольшим запасом (около 20%) для того, чтобы каждый раз не разряжать его полностью - это поможет сохранить рабочие характеристики батареи в течении как можно большего периода времени.

Q = 178,6·1,2 = 214,3 А·ч.

Значит для решения поставленной задачи необходимо приобрести аккумуляторы суммарной емкостью не менее 215 А·ч. При использовании ИБП в паре с генератором величину поправочного коэффициента емкости рекомендуется снизить до 0,4, поскольку в такой связке батареи чаще всего применяются для поддержания непрерывного электропитания, пока не включится электростанция и вся нагрузка не переключится на нее. При этом если в значение коэффициента 0,4 закладывать потери емкости аккумулятора при его старении, обусловленные особенностью импульсного преобразователя и другие, то в среднем разряд аккумулятора может достигать 50% от его номинальной емкости.

В том случае, когда для резервирования нагрузки используется несколько аккумуляторов, количество накопленной в них энергии абсолютно не зависит от типа их соединения - параллельного, последовательного, либо смешанного. Учитывая данную особенность необходимо подставлять в формулу определения суммарной емкости аккумуляторов напряжение одной батареи, но при этом допускается использование только АКБ с одинаковыми техническими характеристиками.

Показатели аккумуляторных батарей, с которыми неразрывно связано понятие емкости

1. Зависимость емкости аккумулятора от тока его разряда .

В основе данной зависимости лежит следующий факт: когда защищаемая нагрузка подключается к аккумулятору без использования преобразователя, то величина тока, потребляемого батареей неизменна. При этом время функционирования подключенных электропотребителей определится, как отношение отбираемой емкости к потребляемому току. В более привычном виде данная формула записывается следующим образом:

Q = I·T

где Q - емкость аккумулятора, А·ч (мА·ч);

T - время разряда батареи, ч.

Если имеем дело с большими величинами потребляемого тока, то реальные показатели мощности зачастую ниже номинальных, указанных в паспорте.

2. Зависимость емкости аккумулятора от энергии

Сегодня среди пользователей достаточно распространенным является мнение о том, что емкость аккумуляторной батареи является величиной, полностью характеризующей его электрическую энергию, накопленной АКБ заряженной на 100%. Это утверждение является не совсем корректным. Здесь еще необходимо сделать оговорку на то, что способность накапливать энергию у батареи напрямую зависит от ее напряжения и чем оно будет выше, беем большее количество энергии сможет накопить аккумулятор. На самом деле электрическая энергия определяется как произведение показателей тока заряда, напряжения батареи и времени протекания этого тока:

W= I·U·T

где W - энергия накопленная батареей, Дж;

U - напряжение аккумулятора, В;

I - постоянный ток разряда аккумулятора, А;

T - время разряда батареи, ч.

Исходя из того, что произведение тока и времени заряда дает нам емкость АКБ (как было рассмотрено выше), то получается, что электрическая энергия аккумулятора находится путем перемножения номинального напряжения батарее и ее емкости:

W= Q·U

где W - энергия накопленная батареей, Вт·ч;

Q - емкость аккумулятора, А·ч;

U - напряжение аккумулятора, В.

При последовательном подключении нескольких аккумуляторов одинаковой емкости, общий показатель данной связки равен сумме емкостей всех АКБ, входящий в ее состав. В таком случае энергия полученного аккумуляторного блока определится, как произведение электроэнергии одной батареи на их количество.

3. Понятие энергетической емкости аккумулятора

Не менее полезным для потребителя показателем аккумуляторных батарей является их энергетическая емкость, измеряемая в таких единицах, как Вт/элемент. Данное понятие характеризует способность аккумулятора за определенный непродолжительный период времени, который чаще всего составляет не более 15 минут, в режиме постоянной мощности. Наибольшее распространение данный показатель получил в США, но в последнее время набирает популярность и среди потребителей многих других стран. Для приближенного расчета емкости аккумуляторной батареи, измеряемой в А·ч по величине его энергетической емкости в Вт/элемент для периода 15 минут, пользуются формулой:

Q = W/4

где Q - емкость аккумулятора, А·ч;

W - энергетическая емкость аккумулятора, Вт/элемент.

4. Понятие резервной емкости аккумулятора

Для автомобильных аккумуляторов выделяют еще одну характеристику - резервную емкость, которая говорит о способности батареи питать электрооборудование движущегося авто, когда штатный генератор транспортного средства не работает. Данный параметр также больше известен в США и называется «reserve capacity». Он измеряется в минутах разряда батареи величиной тока в 25 А. Для приблизительной оценки номинальной емкости аккумулятора по его показателю резервной емкости, указной в минутах, необходимо воспользоваться формулой:

Q = T/2

где Q - емкость аккумулятора, А·ч;

T - резервная емкость аккумулятора, мин.

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.

Как проверить емкость аккумулятора?

Очень часто перед владельцем б/у аккумулятора встает задача определения его остаточной емкости. Классическим и нужно отдать должное самым надежным и эффективным способом проверки фактической емкости аккумулятора считается контрольный разряд. Под данным термином понимают следующую процедуру. Аккумуляторную батарею сперва полностью заряжают, после чего выполняют ее разряд постоянным током, при этом замеряют время, за которое она полностью разрядится. После этого рассчитывают емкость АКБ по уже известной формуле:

Q= I·T

Величину постоянного тока разряда для большей точности расчета лучше подбирать таким образом, чтобы время разряда составляло около 10 или 20 часов (это зависит от времени разряда, при котором была рассчитана номинальная емкость батареи производителем). Затем полученные данные сравнивают с паспортными, и в случае если остаточная емкость будет меньше номинальной на 70-80%, АКБ подлежит замене, так как это явный признак сильного износа аккумулятора и его дальнейший износ будет протекать ускоренными темпами.

Основными недостатками данного метода являются сложность и трудоемкость в реализации, а также необходимость выведения аккумуляторов из эксплуатации на достаточно продолжительный период времени. Сегодня в большинстве устройств, использующих для своей работы аккумуляторные батареи, имеется функция самодиагностики - быстрой (всего за пару секунд) проверки состояния и работоспособности источников энергии, однако точность таких измерений не всегда высока.

Что такое ёмкость автомобильного аккумулятора и какое значение выбирать?

Автомобильный аккумулятор имеет ряд параметров, по которым его можно выбрать для того или иного транспортного средства. И это не только габариты, масса, расположение выводов. Это ещё и электрические характеристики, по которым можно судить о назначении аккумуляторной батареи. Сегодня в магазинах можно встретить аккумуляторы для мотоциклов, легковых автомобилей, грузовиков и спецтехники. Все они различны по своим показателям. Даже для различных классов легковых автомобилей аккумуляторы отличаются по своим электрическим параметрам. Если выбрать неподходящую АКБ, то могут возникнуть проблемы при последующей эксплуатации. Одна из ключевых характеристик аккумуляторной батареи – ёмкость. О ней мы сегодня и поговорим.

К основным характеристикам автомобильного аккумулятора относятся следующие:

Электродвижущая сила;
Ток холодной прокрутки;
Ёмкость;
Масса;
Типоразмер;
Полярность;
Степень заряженности;
Срок эксплуатации;
Саморазряд;
Срок хранения.

Ёмкость автомобильной аккумуляторной батареи является одной из ключевых её характеристик. Для автомобильных аккумуляторов эта величина измеряется в ампер-часах (А-ч). Давайте, подробнее познакомимся с этой характеристикой. Возможно, вам также пригодиться .

Ёмкость автомобильной аккумуляторной батареи

Как уже было сказано, ёмкость АКБ измеряется в ампер-часах. Это значение обычно содержит наклейка автомобильного аккумулятора вместе с величиной пускового тока. Пример можно видеть ниже.

Что показывает ёмкость, которая указывается на этикетке автомобильного аккумулятора? По ней можно определить величину силы тока, которой происходит равномерный разряд батареи до конечного напряжения (10,8 вольт). Продолжительность стандартных циклов разряда 10 или 20 часов.

Например, значение 72 А-ч показывает, что этот автомобильный аккумулятор сможет на протяжении 20 часов выдавать ток 3,6 ампер. При этом по окончании цикла напряжение на выводах должно составлять не менее 10,8 вольт. Но следует помнить, что этот же аккумулятор не сможет ток 72 ампер в течение 1 часа. При увеличении тока время разряда уменьшается, и это уменьшение выражается степенной зависимостью.

Одним из первых формулу этой зависимости вывел Пейкерт, немецкий учёный. Он вывел следующую формулу:

Cp = I k * t, где

C p - ёмкость аккумулятора,

k - коэффициент Пейкерта,

t – время.

Коэффициент Пейкерта, используемый в формуле является постоянной величиной для определённого вида аккумуляторов. Для автомобильных свинцово-кислотных АКБ число Пейкерта лежит в пределах 1,15─1,35. Эта константа определяется по величине номинальной ёмкости АКБ.

В результате была выведена формула для расчёта реальной ёмкости АКБ при произвольном значении разрядного тока:

E =En(I n /I) {p-1} , где

E n - номинальная ёмкость АКБ,

Е – реальная ёмкость аккумулятора,

I n номинальное значение разрядного тока, при котором установлена номинальная ёмкость. Ток в цикле 10 или 20 часов. Как правило, это 9 процентов от E n .

Все, что было сказано выше, касалось номинальной ёмкости автомобильного аккумулятора. Есть ещё понятие резервной ёмкости. Если номинальное значение определялось в результате разряда маленьким током, то значение резервной показывает, насколько хватит аккумулятора автомобиля при выходе из строя генератора. В качестве тока разряда устанавливается величина 25 ампер. Здесь учитывается обогрев и освещение. В случае разряда таким током резервная ёмкость составляет где-то две трети от номинала. Если её наносят на этикетку автомобильного аккумулятора, то она указывается в минутах.

Номинальная ёмкость аккумулятора определяется рядом технологических и конструктивных характеристик. Очень сильное влияние оказывают и условия эксплуатации автомобильной аккумуляторной батареи. Среди первоочередных характеристик, влияющих на этот параметр, можно назвать состав электролита, количество активной массы, геометрию и толщину свинцовых пластин. Основными технологическими характеристиками, определяющими величину ёмкости, являются состав и пористость активной массы. Кроме того, на разрядную ёмкость, как уже говорилось выше, влияют величина тока разряда и температура электролита.

Эффективность работы автомобильного аккумулятора можно оценить по следующей формуле:

Q = (E p /E o) * 100%, где

E p – ёмкость АКБ, рассчитанная при разряде, А-ч,

E o – значение, рассчитанное на основе его электрохимических параметров, А-ч.

Как следует из закона Фарадея, чтобы получить ёмкости 1 А-ч, в теории требуется 3,865 грамма Pb, 4,462 грамма PbO 2 и 3,659 грамм H 2 SO 4 . В сумме получается около 11,986 грамм на 1 А-ч. Но в реальности таких значений добиться невозможно. Полного расходования активных веществ в протекающей химической реакции добиться невозможно. Для реакции с электролитом доступна лишь половина активной массы пластин. Другая половина просто обеспечивает объёмный каркас пластин и механическую прочность электродов.

В реальных условиях эксплуатации получается, что коэффициент использования активной массы положительной пластины около 50 процентов, отрицательной ─ 60 процентов. Не стоит забывать, что электролит ─ это не чистая серная кислота, а её водный раствор (примерно 35 процентов). Поэтому реальный расход материалов значительно больше, а удельная ёмкость ниже теоретического значения.

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 . Для этого собирается следующая схема.

Сопротивление резистора для схемы вычисляется по формуле:

Здесь U – напряжение батареи,

I – ток разряда.

Ток разряда выбирается в зависимости от ёмкости автомобильной батареи и цикла разряда (10 или 20 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.

Автомобиль состоит не только из механических элементов, но и из электронных. И их основой является автомобильный аккумулятор. Именно он обеспечивает работу всей электроники в машине, накапливая заряд и предоставляя его по необходимости. В его основе лежит химическая реакция, поэтому он имеет свойство постепенно снижать свои технические характеристики по мере использования.

Так как аккумулятор не вечен, необходимо регулярно проверять его работоспособность. Это позволит избежать неприятностей, связанных с его разрядкой или недостаточным напряжением для запуска автомобиля. Лучше проводить проверку комплексно, используя услуги СТО, однако не всегда это доступно. В таких случаях возможна самостоятельная проверка с помощью подручных средств.

Признаки поломки

Электроника - сложная вещь, поэтому определить поломку аккумулятора лишь на основе внешних признаков достаточно сложно. Но, если изначально знать основные признаки неисправности питания, то эта задача становится куда проще. Поэтому стоит запомнить основные признаки, свидетельствующие о недостаточном заряде или поломке автомобильного аккумулятора. Среди них:

отсутствие свечения от индикатора заряда аккумулятора;
щелчки при запуске стартера;
медленная работа стартера;
слабое свечение фар.

Вся электроника автомобиля дает сбои, если аккумулятор имеет слабый заряд . Хотя проблемы могут быть по другим причинам, комплекс этих признаков явно означает неполадки АКБ.

Совет! Если на вашем аккумуляторе встроен индикатор заряда, то определить работоспособность куда проще. Зачастую индикатор имеет два цвета: зеленый и белый. Первый свидетельствует о нормальном состоянии устройства, а второй означает низкий уровень жидкости. Если же индикатор вовсе не работает, то АКБ нужно зарядить.

Проверка заряда

Первым делом при проблемах с аккумуляторов необходимо проверить уровень его заряда. Ведь именно это определяет эффективность устройства и работу всей электроники в автомобиле. Кроме того, недозаряд АКБ может быть признаком поломки генератора. Поэтому стоит следить за этим фактором и по возможности проверять.

В современных моделях аккумуляторов для проверки уровня зарядки имеются специальные индикаторы, изменяющие свой цвет. Но зачастую такого элемента на устройстве нет, поэтому нужно проверять старыми и доступными методами.

Для проверки заряда можно использовать мультиметр или вольтметр. Процесс проверки элементарен — необходимо лишь замерить напряжение на клеммах аккумулятора, предварительно отключив его. На основе результата определяется текущее состояние устройства и возможность его дальнейшей эксплуатации.

Оптимальным показателем напряжения в аккумуляторе является 12,6 В. Он сигнализирует о полностью исправном устройстве с полным зарядом. Если же показатель упал до 12,2 В, то это свидетельствует о незначительном разряде. Если же напряжение даже ниже 12 В, то такая батарея требует срочной зарядки.

При падении ниже 11 В - высок шанс поломки устройства. Необходимо попытаться зарядить его, если проблема заключается в неисправности генератора или других элементов питания. Если же они работают нормально, но напряжение повысить не удается, то использовать такой аккумулятор опасно. Это может пагубно повлиять на работу автомобиля и повредить другие электронные элементы системы.

Емкость

Этот показатель является основой для автомобильного аккумулятора. Он отражает собой время, которое способна работать батарея без потери силы тока. Она измеряется в ампер-часах и является важным фактором при приобретении подобных устройств.

Количество энергии, которое способна содержать батарея, постепенно снижается в процессе ее эксплуатации. Это важный фактор для работы автомобиля, поэтому нужно контролировать его и периодически замерять. Для этого имеется несколько методов:

контрольный разряд;
расчет посредством мультиметра;
с помощью специальной техники.

Хотя первые два метода достаточно сложны, они позволяют в домашних условиях определить емкость батареи. Последний же требует специальной аппаратуры, которая зачастую имеется на СТО. Если же найти такую аппаратуру, то самостоятельная проверка емкости существенно упрощается.

Важным нюансом является то, что проверки проводятся лишь на полностью заряженном аккумуляторе. В противном случае результат будет некорректен.

Проверка посредством мультиметра

Метод проверки емкости посредством мультиметра или вольтметра довольно сложен, хотя и быстр. Для измерения этого показателя понадобится следующее оборудование: мультиметр, а также прибор, который будет потреблять приблизительно половину заявленной емкости устройства. Другими словами, при емкости в 7 А/ч потребление должно составлять около 3,5 А.

При этом стоит учесть напряжение, при котором работает прибор. Оно должно составлять 12 В. Для таких задач подойдет обычная лампа от автомобильной фары, но все же потребление стоит подбирать соответственно своему аккумулятору.

Недостатком такого метода является то, что с его помощью нельзя сказать точную емкость АКБ. Можно лишь узнать текущий процент емкости от первоначальной. Другими словами, такой тест определяет износ устройства.

Метод схож с ранее упомянутым способом проверки заряда аккумулятора. Подключив определенный прибор, необходимо подождать пару минут, после чего замерять напряжение на клеммах. После необходимо сверять по следующим параметрам, определяющим процент от первоначальной емкости:

более 12,4 В — 90-100%;
между 12 и 12,4 В — 50-90%;
между 11 и 12 В — 20-50%;
менее 11 В — до 20%.

Однако уже при показателе меньше 50% емкости ездить с таким аккумулятором нельзя . Это комплексно вредит всему автомобилю.

Интересно! Если в качестве питаемого прибора подключалась лампа, то по ней можно определить поломку аккумулятора. Если она светит тускло или мигает, то такая батарея однозначно неисправна.

Полученный результат нужно сравнить с процентом, после чего сопоставить с заявленной емкостью. Это позволит приблизительно определить текущую емкость и вынести соответствующее решение насчет дальнейшей эксплуатации устройства.

Определить емкость аккумулятора куда проще посредством контрольного разряда или специальных тестеров. Использование второго варианта позволит получить быстрый результат, поэтому они используются в различных сервисах и мастерских. Первый же метод заключается в замере скорости разрядки АКБ на основе силы тока.

Емкость автомобильного аккумулятора — важный фактор, который стоит учитывать и регулярно проверять, так как со временем ресурс устройства уменьшается, емкость стремительно снижается. Существенное снижение сказывается на работе электроники автомобиля, поэтому стоит тщательно за этим следить.

Что касается метода контрольной зарядки, в этом видео описываются нюансы этого метода. Это позволит узнать точную емкость АКБ, используя лишь подручные инструменты:

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).

Пример расчета необходимой емкости

Как известно расчет потребленной мощности производится в Вт, а емкость батареи для ИБП – в А·ч. Чтобы рассчитать требуемую емкость аккумуляторов для питания той или иной техники необходимо произвести некоторый пересчет. Для лучшего понимания рассмотрим конкретный пример. Допустим, имеется критичная нагрузка 500 Вт, требующая резервирования в течение 3 часов. Так как величина накопленной энергии зависит не только от емкости батареи, но и ее напряжения, для расчета делим общую мощность резервируемого оборудования на их рабочее напряжение (часто путают с напряжением холостого хода полностью заряженной батареи). Для стандартного 12В аккумулятора, величина необходимой емкости батареи составит:

Q= (P· t) / V· k

где Q – необходимая емкость аккумулятора, А·ч;

V – напряжение каждой аккумуляторной батареи, В;

t – время резервирования, ч;

k – коэффициент использования емкости аккумуляторов (количества электрической энергии, допустимой к использованию потребителями).

Необходимость введения коэффициента обусловлена возможностью неполного заряда АКБ. Вдобавок к этому, сильный (глубокий) разряд, следующий после небольшого количества рабочих циклов заряда и разряда, ведет к преждевременному износу и выходу из строя батареи. К примеру, если новый аккумулятор разряжать на 30% от его общей емкости, после чего сразу производить его зарядку, способен выдержать около 1000 подобных циклов. В случае если величина разряда уменьшится до 70%, то количество данных циклов снизится примерно на 200.

Итого, получаем, что для питания данной нагрузки в течение указанного периода времени потребуется:

Q= 500·3/ 12·0,7 = 178,6 А·ч.

Это минимально необходимая емкость аккумуляторных батарей для рассматриваемого случая. В идеале лучше брать источник энергии с небольшим запасом (около 20%) для того, чтобы каждый раз не разряжать его полностью – это поможет сохранить рабочие характеристики батареи в течении как можно большего периода времени.

Q= 178,6·1,2 = 214,3 А·ч.

В том случае, когда для резервирования нагрузки используется несколько аккумуляторов, количество накопленной в них энергии абсолютно не зависит от типа их соединения – параллельного, последовательного, либо смешанного. Учитывая данную особенность необходимо подставлять в формулу определения суммарной емкости аккумуляторов напряжение одной батареи, но при этом допускается использование только АКБ с одинаковыми техническими характеристиками.

Показатели аккумуляторных батарей, с которыми неразрывно связано понятие емкости

Зависимость емкости аккумулятора от тока его разряда .

где Q – емкость аккумулятора, А·ч (мА·ч);

T – время разряда батареи, ч.

Зависимость емкости аккумулятора от энергии

где W – энергия накопленная батареей, Дж;

U – напряжение аккумулятора, В;

I – постоянный ток разряда аккумулятора, А;

T – время разряда батареи, ч.

где W – энергия накопленная батареей, Вт·ч;

Q – емкость аккумулятора, А·ч;

U – напряжение аккумулятора, В.

Понятие энергетической емкости аккумулятора

W – энергетическая емкость аккумулятора, Вт/элемент.

Понятие резервной емкости аккумулятора

Для автомобильных аккумуляторов выделяют еще одну характеристику – резервную емкость, которая говорит о способности батареи питать электрооборудование движущегося авто, когда штатный генератор транспортного средства не работает. Данный параметр также больше известен в США и называется «reserve capacity». Он измеряется в минутах разряда батареи величиной тока в 25 А. Для приблизительной оценки номинальной емкости аккумулятора по его показателю резервной емкости, указной в минутах, необходимо воспользоваться формулой:

где Q – емкость аккумулятора, А·ч;

T – резервная емкость аккумулятора, мин.

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 I100. В таком случае величина тока, протекающего через нагрузку при времени разряда 20 часов определится по формуле:

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

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.

Как проверить емкость аккумулятора?

Основными недостатками данного метода являются сложность и трудоемкость в реализации, а также необходимость выведения аккумуляторов из эксплуатации на достаточно продолжительный период времени. Сегодня в большинстве устройств, использующих для своей работы аккумуляторные батареи, имеется функция самодиагностики – быстрой (всего за пару секунд) проверки состояния и работоспособности источников энергии, однако точность таких измерений не всегда высока.

Взглянув на маркировку любого современного аккумулятора, будь то или свинцово-кислотный аккумулятор от источника бесперебойного питания, - мы всегда сможем найти там сведения не только о номинальном напряжении данного источника питания, но и о его электрической емкости.

Обычно это цифры вроде: 2200 mAh (читается как 2200 миллиампер-часов), 4Ah (4 ампер-часа) и т. д. Как видите, для измерения электрической емкости аккумулятора применяется внесистемная единица измерения — Ah (Ampere hour) - «ампер-час», а вовсе не «фарад» . И часы здесь фигурируют отнюдь не просто так, а по той причине, что обычный аккумулятор, в отличие от обычного конденсатора, способен питать нагрузку буквально часами.

Если попытаться объяснить совсем просто, то емкость аккумулятора — это численное выражение того, как долго данный аккумулятор сможет питать нагрузку с определенным током потребления.

Например, если аккумулятор с номинальным напряжением 12 вольт полностью заряжен, при том имеет емкость 4 Ah, то это значит, что нагрузку с током потребления в 0,4 ампера, с номинальным напряжением в 12 вольт, данный аккумулятор будет в состоянии питать на протяжении 10 часов, пока не наступит состояние, при котором дальнейший его разряд станет опасным для рабочих характеристик. А через нагрузку с током потребления в 1 ампер, этот же аккумулятор будет разряжаться 4 часа (теоретически разумеется).

Конечно, для каждого аккумулятора существует ограничение по максимально допустимому разрядному току, и чем выше будет разрядный ток — тем ниже окажется линейность разрядной характеристики, и тем быстрее аккумулятор будет садиться по сравнению с расчетным временем.

Минимально допустимое напряжение, до которого можно разряжать аккумулятор, также регламентируется и всегда указывается в документации на конкретный аккумулятор, как и максимальное безопасное напряжение, выше которого заряжать аккумулятор уже очень не желательно.

Так например типичное для литий-ионного аккумулятора на 3,7 вольт, предельно допустимое минимальное напряжение разряда составляет 2,75 вольт, а максимальное — 4,25 вольт. Если разрядить литиевый аккумулятор до менее чем 2,75 вольт, то аккумулятор начнет терять емкость, а если перезарядить его сверх меры — может взорваться.

Для свинцово-кислотного аккумулятора на 12 вольт, предельно безопасный минимум равен 9,6 вольт, а максимум, до которого можно заряжать, составляет 13 вольт и т. д.

Как видите, в сведениях о емкости (в ампер-часах) вольты не упоминаются вовсе. А между тем, если перевести часы в секунды, а затем величину емкости умножить на напряжение аккумулятора, то получим величину энергии заряда данного аккумулятора в джоулях:

Так или иначе, емкость исправного аккумулятора практически не зависит от напряжения на его клеммах в текущий момент. А вот когда мы произносим «заряд аккумулятора», то имеем ввиду уже не емкость, а как раз то напряжение, до которого аккумулятор сейчас заряжен. Если аккумулятор заряжен до номинального напряжения, то можно рассчитывать на ту емкость, которой аккумулятор в этот момент обладает. Если же аккумулятор разряжен, то его емкость уже не имеет значения.

При этом реальная емкость аккумулятора, как можно видеть по семейству разрядных характеристик, сильно зависит от величины тока разряда. 10-часовой разряд и 10-минутный разряд, например для свинцово-кислотного аккумулятора (см. рисунок выше), покажут разницу в емкости приблизительно вдвое!

Можно обнаружить даже более-менее точную математическую зависимость между разрядным током и временем разряда . Эту зависимость выявил немецкий ученый Пейкерт, и ввел так называемый «коэффициент Пейкерта» р, который, к примеру, для герметичных свинцово-кислотных аккумуляторов находится в районе 1,25. Чем выше ток разряда — тем меньше время разряда. А константа в правой части уравнения — напрямую зависит он номинальной емкости аккумулятора.

При желании реальную емкость аккумулятора можно определить очень просто: зарядить полностью аккумулятор (до максимально разрешенного напряжения, которое указано в документации), а затем разрядить постоянным током (близким к 10-часовой разрядной характеристике из документации) до конечного напряжения разряда (которое также приведено в документации). Перемножить ток разряда и время разряда в часах — получится реальная емкость аккумулятора в ампер- или в миллиампер-часах.