Різне

Що таке ємність акумулятора? Методика її розрахунку — 220volt.

30.06.2016

Що таке ємність акумулятора? Методика її розрахунку

Поняття ємності АКБ

Ємність акумуляторної батареї є однією з її найважливіших технічних характеристик. Під цим терміном розуміють кількість часу, який здатний живити джерело автономної енергії підключених до нього електроспоживачів. Іншими словами — це максимальна кількість електроенергії, накапливаемое АКБ за повний цикл зарядки. Одиницею вимірювання ємності є А·год (ампер-година), для невеликих батарей — мА·год (міліампер-година).

Приклад розрахунку необхідної ємності

Як відомо розрахунок спожитої потужності проводиться у Вт, а ємність батареї для ДБЖ — А·ч. Щоб розрахувати необхідну ємність акумуляторів для живлення тієї чи іншої техніки необхідно зробити деякий перерахунок. Для кращого розуміння розглянемо конкретний приклад. Припустимо, є критична навантаження 500 Вт, що вимагає резервування протягом 3 годин. Так як величина накопиченої енергії залежить не тільки від ємності батареї, але і її напруги, для розрахунку ділимо загальну потужність резервується обладнання на їх робоча напруга (часто плутають з напругою холостого ходу повністю зарядженої батареї). Для стандартного акумулятора 12В, величина необхідної ємності батареї складе:

Q= (P· t) / V· k

де Q — необхідна ємність акумулятора, А·ч;

P — наявна навантаження, Вт;

V — напруга кожної акумуляторної батареї, В;

t — час резервування, ч;

k — коефіцієнт використання ємності акумуляторів (кількості електричної енергії, дозволених до використання споживачами).

Необхідність введення коефіцієнта кобусловлена можливістю неповного заряду АКБ. Додатково до цього, сильний (глибокий) розряд, наступний після невеликої кількості робочих циклів заряду і розряду, веде до передчасного зносу і виходу з ладу батареї. Наприклад, якщо новий акумулятор розряджати на 30% від його загальної ємності, після чого відразу виробляти його зарядку, здатний витримати близько 1000 таких циклів. У разі якщо величина розряду зменшиться до 70%, то кількість даних циклів знизиться приблизно на 200.

Разом, отримуємо, що для живлення цього навантаження протягом зазначеного періоду часу буде потрібно:

Q= 500·3/ 12·0,7 = 178,6 А·ч.

Це мінімально необхідна ємність акумуляторних батарей для розглянутого випадку. В ідеалі краще брати джерело енергії з невеликим запасом (близько 20%) для того, щоб кожен раз не розряджати його повністю — це допоможе зберегти робочі характеристики батареї протягом якомога більшого періоду часу.

Q= 178,6·1,2 = 214,3 А·ч.

Значить для вирішення поставленої задачі необхідно придбати акумулятори сумарною ємністю не менше 215 А·ч. При використанні ДБЖ в парі з генератором величину поправочного коефіцієнта ємності рекомендується знизити до 0,4, оскільки в такій зв’язці батареї найчастіше застосовуються для підтримки безперервного електроживлення, поки не включиться електростанція і вся навантаження не перейде на неї. При цьому якщо значення коефіцієнта 0,4 закладати втрати ємності акумулятора при його старінні, обумовлені особливістю імпульсного перетворювача та інші, то в середньому розряд акумулятора може досягати 50% від його номінальної ємності.

У тому випадку, коли для резервування навантаження використовується кілька акумуляторів, кількість накопиченої в них енергії абсолютно не залежить від типу їх з’єднання — паралельного, послідовного, або змішаного. Враховуючи цю особливість необхідно підставляти у формулу визначення сумарної ємності акумуляторів напруга однієї батареї, але при цьому допускається використання тільки АКБ з однаковими технічними характеристиками.

Показники акумуляторних батарей, з якими нерозривно пов’язані поняття ємності

1. Залежність ємності акумулятора від струму його розряду .

В основі даної залежності лежить наступний факт: коли захищається навантаження підключається до акумулятора без використання перетворювача, то величина струму, споживаного батареєю незмінна. При цьому час функціонування підключених електроспоживачів визначиться, як відношення відбирається ємності до споживаним струмом. У більш звичному вигляді ця формула записується наступним чином:

Q = I·T

де Q — ємність акумулятора, А·год (мА·ч);

I — постійний струм розряду акумулятора, А;

T — час розряду батареї, ч.

Якщо маємо справу з великими величинами споживаного струму, то реальні показники потужності часто нижче номінальних, зазначених у паспорті.

2. Залежність ємності акумулятора від енергії

Сьогодні серед користувачів досить поширеною є думка про те, що ємність акумуляторної батареї є величиною, повністю характеризує його електричну енергію, накопиченої АКБ зарядженої на 100%. Це твердження є не зовсім коректним. Тут ще необхідно зробити застереження на те, що здатність накопичувати енергію батареї безпосередньо залежить від її напруги і чим воно вище, беєм більшу кількість енергії зможе накопичити акумулятор. Насправді електрична енергія визначається як добуток показників струму заряду, напруги батареї і часу протікання цього струму:

W= I·U·T

де W — енергія накопичена батареєю, Дж;

U — напруга, В;

I — постійний струм розряду акумулятора, А;

T — час розряду батареї, ч.

Виходячи з того, що добуток струму і часу заряду дає нам ємність АКБ (як було розглянуто вище), то виходить, що електрична енергія акумулятора знаходиться шляхом множення номінальної напруги батареї і її ємності:

W= Q·U

де W — енергія накопичена батареєю, Вт·ч;

Q — ємність акумулятора, А·ч;

U — напруга акумулятора, Ст.

При послідовному підключенні декількох акумуляторів однакової ємності, загальний показник даної зв’язки дорівнює сумі ємностей всіх АКБ, що входить до її складу. В такому випадку енергія отриманого акумуляторного блоку визначиться, як твір електроенергії однієї батареї на їх кількість.

3. Поняття енергетичної ємності акумулятора

Не менш корисним для споживача показником акумуляторних батарей є їх енергетична ємність, яка вимірюється в таких одиницях, як Вт/елемент. Дане поняття характеризує здатність акумулятора за певний нетривалий період часу, який найчастіше становить не більше 15 хвилин, в режимі постійної потужності. Найбільшого поширення даний показник отримав у США, але останнім часом набирає популярності й серед споживачів багатьох інших країн. Для наближеного розрахунку ємності акумуляторної батареї, вимірюваної в А·ч за величиною енергетичної ємності в Вт/елемент для періоду 15 хвилин, користуються формулою:

Q = W/4

де Q — ємність акумулятора, А·ч;

W — енергетична ємність акумулятора, Вт/елемент.

4. Поняття резервної ємності акумулятора

Для автомобільних акумуляторів виділяють ще одну характеристику — резервну ємність, яка говорить про здібності батареї живити електрообладнання рухомого авто, коли штатний генератор транспортного засобу не працює. Цей параметр також більше відомий в США і називається «reserve capacity». Він вимірюється в хвилинах розряду батареї величиною струму в 25 А. Для приблизної оцінки номінальної ємності акумулятора за його показником резервної ємності, зазначеної в хвилинах, необхідно скористатися формулою:

Q = T/2

де Q — ємність акумулятора, А·ч;

T — резервна ємність акумулятора, хв

Ємність акумулятора і його заряд (зарядженість)

Ще одним досить популярним помилкою є ототожнення понять ємності батареї та її заряду (заряду). Розставимо всі крапки над «і». Під ємністю розуміють максимальний потенціал акумулятора, тобто кількість енергії, яку він зможе накопичити в повністю зарядженому стані. Заряд ж в свою чергу і являє собою цю енергію, необхідну для живлення навантаження в автономному режимі. Звідси висновок, що величина заряду однієї і тієї ж батареї може бути різною залежно від часу зарядки АКБ, а величина її ємності в розрядженому і зарядженому стані однакова. Тут можна провести аналогію зі склянкою, в який наливають воду. Об’єм приладу і буде представляти собою ємність — це величина не залежить від того повний стакан або порожній, а сама наливається вода — це заряд.

Від яких факторів залежить ємність акумулятора?

Ті показники ємності акумуляторів, які можна зустріти у їх технічної документації і на корпусі виробу, виробник вказує виходячи з результатів тестових вимірів, вироблюваних за вищевказаною формулою (Q = I·T) при стандартній тривалості розряду (10, 20, 100 годин і т.д.). Відповідно позначається і ємність — Q10, Q20 і Q100, а також струм розряду — I10, I20 I100. У такому випадку величина струму, що протікає через навантаження при часу розряду 20 годин визначиться за формулою:

I20= Q20/20

за цією логікою можна припустити, що при розряді, що триває чверть години (15 хв) струм буде дорівнює Q20 х 4. Однак це не так, як показує практика, у разі 15-хвилинного розряду ємність стандартної свинцевої батареї складе не більше половини його номінальної ємності. Відповідно величина параметра I0,25 буде трохи менше Q20 х 2. Звідси можна зробити висновок, що такі характеристики, як час і струм розряду не є пропорційними один одному.

Кінцева напруга розряду

Кожного разу при розряді акумулятора напруга на ньому поступово падає, а за досягнення так званого кінцевого напруги розряду обов’язково необхідно провести відключення АКБ. При цьому, чим нижче ця характеристика, тим відповідно вище буде фактична ємність батареї. Як правило, виробники вказують на власних акумуляторах мінімальну величину кінцевого напруги розряду, яка в свою чергу залежить від того яким струмом проводиться розряд. Трапляються ситуації, коли напруги джерела енергії падає нижче цієї величини (забули вчасно відключити акумулятор або цього не можна було зробити, так як протягом тривалого періоду не можна було знеструмлювати навантаження). Тоді виникає явище, зване глибоким розрядом АКБ. Якщо часто допускати глибокий розряд батареї, вона може швидко вийти з ладу.

Знос акумулятора

Як прийнято вважати, новий акумулятор має номінальною ємністю (тієї, яку вказує виробник). Однак реальна величина даного показника може трохи відрізнятися — бути менше заявленої унаслідок тривалого зберігання на складі, або після декількох повних циклів заряду і розряду і нетривалої роботи в буферному режимі трохи збільшитися. Подальша експлуатація батареї, а також його зберігання незмінно ведуть до фізичного зношування джерела енергії, його старіння і поступового виходу з ладу.

Такий важливий фактор, як навколишня температура в місці, де використовується акумулятор, дуже сильно впливає на ємність останнього. У разі підвищення температури з 20°С до 40°С показник ємності батареї зростає на 5%, а при зниженні до 0°С — зменшується в середньому на 15%. Подальше зниження температури повітря веде до падіння зазначеного параметра ще на 25% відносно номінальної величини.

Як перевірити ємність акумулятора?

Дуже часто перед власником б/у акумулятори постає завдання визначення його залишкової ємності. Класичним і потрібно віддати належне найбільш надійним і ефективним способом перевірки фактичної ємності акумулятора вважається контрольний розряд. Під цим терміном розуміють таку процедуру. Акумуляторну батарею спершу повністю заряджають, після чого виконують її розряд постійним струмом, при цьому заміряють час, за який вона повністю розрядиться. Після цього розраховують ємність АКБ за вже відомою формулою:

Q= I·T

Величину постійного струму розряду для більшої точності розрахунку краще підбирати таким чином, щоб час розряду становило близько 10 або 20 годин (це залежить від часу розряду, при якому була розрахована номінальна ємність батареї виробником). Потім отримані дані порівнюють з паспортними, і в разі якщо залишкова ємність буде менше номінальної на 70-80%, АКБ підлягає заміні, так як це явна ознака сильного зносу акумулятора і його подальший знос буде протікати прискореними темпами.

Основними недоліками даного методу є складність і трудомісткість реалізації, а також необхідність виведення акумуляторів з експлуатації на досить тривалий період часу. Сьогодні в більшості пристроїв, що використовують для своєї роботи акумуляторні батареї, є функція самодіагностики — швидкої (всього за пару секунд) перевірки стану і працездатності джерел енергії, проте точність таких вимірювань не завжди висока.

Короткий опис статті: ємність акумулятора

Джерело: Що таке ємність акумулятора? Методика її розрахунку — 220volt.

Також ви можете прочитати