Мощность авто аккумулятора в ваттах

Расчёт аккумулятора для инфо…

Стандартные генераторы, устанавливаемые на серийной продукции, обеспечивают нормальное электропитание бортовой сети с небольшим запасом. Желая облегчить пуск двигателя в зимнее время, многие стараются поставить АКБ максимальной ёмкости, которую можно установить в предусмотренное на авто место. Обычно реально вместо батареи 55 ач, поставить 72 или 75 ач батарею. А для новых батарей и до 80 ач. Что же мы получаем? Всё зависит от состояния электропроводки: если она в хорошем состоянии, потери на контактах минимальны, генератор выдаёт положенный ему ток, причём без просадки напряжения под нагрузкой, то всё будет нормально. Но если машина в возрасте, имеются прослабленные соединители, окисленные массовые контакты, то вместо улучшения можно получить только ухудшение.
Например: в зимнее время, ночью, в снегопад — посмотрим, что же получается:

— габариты и подсветка номеров, приборов и салона 6х5вт+5х2вт= 40вт
— фары+противотуманки сзади и спереди 2х65вт+2х45вт+2х21вт= 250вт
— вентилятор отопителя на максимальном режиме ток до 18 ампер или 200вт.
— вентилятор радиатора кратковременно (2-3 минуты) примерно 250 вт.
— обогрев заднего стекла порядка 150 вт.
— бензонасос и система управления двигателя порядка 70-100 вт.
— магнитола в среднем режиме громкости 100 вт.

Получается суммарно 1100-1200 ватт, это порядка 70-100 ампер, т.е. генератор будет работать на пределе, особенно когда будет включаться вентилятор радиатора. А что сказать насчёт усилителя на 400-1000 ватт, о галогенках по 100 ватт? Тут впору задуматься о втором генераторе.
Конечно, я сгустил краски, и можно немного ограничить потребление, задние противотуманки не включать, печку включить на 2 или 3, ну и вентилятор радиатора работает кратковременно (на это время можно выключать обогрев заднего стекла). Вот в этом случае было бы полезно иметь на панели приборов цифровой вольтметр, подключенный непосредственно к выводам АКБ. Если напряжение на нём начинает снижаться, то есть смысл, что-то отключить. Не забывайте, ведь АКБ тоже потребляет какой-то ток, причём, чем больше батарея отдала при пуске и во время стоянки, тем больше она возьмёт на себя после запуска двигателя, и чем больше её ёмкость, тем больше аппетит. Поэтому меломанам имеет смысл заменить штатный генератор (здесь и далее я размышляю, имея в виду, по умолчанию ВАЗы всех видов и моделей), с паспортным током 80 ампер, на более мощный хотя бы 100-120, а лучше 150 ампер. Но не забывайте о том, что 120 ампер отдачи, — это уже почти 2 лошадиных силы в минус от тяги двигателя. За всё приходится платить!
Владельцам иномарок эти расчёты тоже имеет смысл прикинуть, в идеале взять токоизмерительные клеши DC и посмотреть, что же притекает от генератора на АКБ, и сколько утекает по второму проводу с батареи. Обычно такие замеры никто не делает.
А для расширения кругозора и для осознания реальной картины энергетического баланса очень полезно сделать! Но технически грамотных владельцев, способных понять картину и проанализировав, сделать правильные выводы, еди-ни-цы.(!)
Конечно, прочитав всё вышеизложенное, и прикинув к своему опыту и ощущениям, можно сделать более осмысленные выводы. Стоит ли ставить в фары дешёвые галогенки на 100/110 ватт, и греть оптику фары и контакты реле в МБ, вместо того, чтобы купить дорогие фирменные лампы с хорошей светоотдачей и мощностью 65/50ватт, и иметь даже лучшую освещённость дороги при меньшей мощности. Или поставить более экономичные, но дорогие ксеноновые лампы?
В завершение по первому вопросу, замечание по усилителям и мощной музыке. Устанавливая мощную аудиосистему, помните о том, что она будет съедать средний ток 20-40 ампер (и до 50-80 ампер в пиках мощности) при 400 ваттах мощности. Расчёт прост:

14вольт Х 50 ампер = 700 ватт при КПД=65% (для усилителя это близко к идеалу)

будем иметь полезной мощности около 400 ватт. Конечно, слушать музыку при таком уровне громкости опасно для слуха, но объяснять это бесполезно. Каждый должен наступить на персональные грабли сам!

Источник

Ампер-часы в аккумуляторе: что это такое?

Время автономной работы мобильного телефона, портативного инструмента или способность отдавать ток стартёру при пуске двигателя автомобиля – все это зависит от такой характеристики АКБ, как ёмкость. Она измеряется в ампер-часах или в миллиампер-часах. По величине ёмкости можно судить о том, сколько времени аккумулятор будет питать электрической энергией то или иное устройство. От неё зависит, как время разряда и заряда аккумулятора. При выборе аккумуляторной батареи для того или иного устройства полезно знать, что обозначает эта величина в ампер-часах. Поэтому сегодняшний материал будет посвящён такой характеристике, как ёмкость и её размерности в ампер-часах.

О ёмкости аккумулятора и почему ампер часы?

Вообще, ампер-час представляет собой внесистемную единицу электрического заряда. Её основное использование – это выражение ёмкости аккумуляторов.

Один ампер-час представляет собой электрический заряд, проходящий за 1 час через поперечное сечение проводника при пропускании тока 1 ампер. Можно встретить значения в миллиампер-часах.

Как правило, такое обозначение применяется для указания ёмкости аккумуляторов в телефонах, планшетах и других мобильных гаджетах. Давайте посмотрим, что значит ампер-час на реальных примерах.

Ёмкость автомобильного аккумулятора

Исходя из вышесказанного, 62 Ач говорит нам о том, что этот аккумуляторная батарея способна на протяжении 20 часов отдавать ток 3,1 ампера. При этом напряжение на выводах батареи не опустится ниже 10,8 вольта.

Ёмкость аккумулятора ноутбука

Нужно ещё добавить, что системной единицей электрического заряда является кулон. Кулон связан с ампер-часами следующим образом. Один кулон в секунду равен 1 ампер. Следовательно, если перевести секунды в часы получится, что 1 ампер-час равен 3600 кулон.
Вернуться к содержанию

Как связаны ёмкость аккумулятора (ампер-час) и его энергия (ватт-час)?

Многие производители на своих аккумуляторах не указывают ёмкость в ампер-часах, а вместо этого ставят значение запасаемой энергии в ватт-часах. Такой пример показан на фотографии ниже. Это аккумулятор смартфона Samsung Galaxy Nexus.

Запасаемая энергия аккумулятора в ватт-часах

Тогда для аккумулятора Galaxy Nexus получаем:

6,48 ватт-часа / 3,7 вольта = 1,75 ампер-часа или 1750 миллиампер-час.

Вот так можно выяснить номинальную ёмкость аккумулятора по запасаемой энергии и напряжению. Читайте также о том, как проверить емкость аккумулятора телефона.

Какие ещё есть разновидности ёмкости аккумулятора

Существует такое понятие, как энергетическая ёмкость аккумулятора. Она показывает способность АКБ разряжаться определённый временной интервал с постоянной мощностью. Временной интервал в случае автомобильных аккумуляторных батарей обычно устанавливают 15 минут. Энергетическую ёмкость первоначально стали измерять в Северной Америке, но затем к этому подключились производители АКБ в других странах. Её значение можно получить в ампер-часах по следующей формуле:

Е (Ач) = W (Вт/эл) / 4, где

Е – энергетическая ёмкость в ампер-часах;

W – мощность при 15 минутном разряде.

Есть и ещё одна разновидность, которая пришла к нам из США, это резервная ёмкость. Она показывает способность АКБ питать бортовую движущейся машины при неработающем генераторе. Проще говоря, можно узнать, сколько аккумулятор даст вам проехать на машине, если генератор выйдет из строя. Рассчитать эту величину в ампер-часах можно по формуле:

Е (ампер-часы) = T (минуты) / 2.

Важно отметить следующий момент. Величина ёмкости, наносимая на аккумуляторах, вычисляется при определённых условиях. Чаще всего это разряд в течение 10 и 20 часов. То есть, 55 Ач означает, что АКБ можно 10 часов разряжать током 5,5 ампера. Но это вовсе не означает, что батарею можно 1 час разряжать током 55 ампер. Если увеличивать разрядный ток, то время разряда снижается в соответствии со степенной зависимостью. Подробнее об этом мы писали в статье о ёмкости автомобильного аккумулятора.

Как узнать, сколько реально ампер-часов в вашем аккумуляторе?

Рассмотрим процесс проверки ёмкости на примере автомобильного аккумулятора. Но такой разряд под контролем можно сделать для любой батареи. Будут отличаться только измеряемые величины.

Схема для контрольного разряда аккумулятора

E – номинальная ёмкость батареи,

T – 10 или 20 часов.

Этот процесс требует постоянного контроля напряжения на выводах АКБ. Как только напряжение упадёт до 10,8 вольта (1,8 на банке), разряд нужно остановить. Время, за которое аккумулятор разрядился, вы умножаете на ток разряда. Получается реальная ёмкость батареи в ампер-часах.

Если у вас нет резистора, то можете использовать автомобильные лампочки (12 вольт) подходящей ёмкости. Мощность лампочки подбираете в зависимости от того, какой разрядный ток вам нужен. То есть, если нужен ток разряда 2 ампера, то мощность будет 12 вольт умножить на 2 ампера. Итого 24 ватта.

Разрядка аккумулятора автомобильными лампочками

Как выбрать ёмкость аккумулятора?

Для автомобилей аккумулятор можно подобрать по объёму двигателя. В таблице ниже можно посмотреть соответствие объёма двигателя ёмкости аккумулятора.

Для легкового автомобиля класс седан или хэтчбек вполне хватит аккумуляторов ёмкостью 50─65 ампер-часов. Для внедорожников и крупных кроссоверов подойдут АКБ 70─95 ампер-часов. Если у вас автомобиль с дизельным двигателем и (или) большим числом потребителей тока в бортовой сети, то стоит взять аккумулятор с номинальной ёмкостью на 10─15 ампер-часов больше вышеназванных цифр.

Небольшой запас пригодиться и в зимнее время, когда из-за снижения температуры АКБ теряет часть своей ёмкости. Есть эмпирическая зависимость, согласно которой при снижении температуры ОС от 20 С на один градус аккумулятор теряет 1 ампер-час.

Источник

Сколько ватт отдаст аккумулятор?

Допустим есть два аккумулятора:

1. 4.5Ач 12В
2. 860мАч 3.7В

есть лампа 100Вт 220В, теоретически, сколько проработает каждый из аккумуляторов от батареи (с использование преобразователя)?

Амперы умножаем на Вольты и получаем Ватты.
Умножаем на часы и получаем Ватт*часы.
Делим на мощность нагрузки и получаем сколько оно проработает в идеальном случае. Вт*ч / Вт = ч

Другое дело нагрузка. Лампа накаливания имеет нелинейное сопротивление, зависящее от нагрева спирали. Если питать напрямую от аккума, то скорее всего ток будет зависеть от сопротивления холодной спирали (никаких 100Вт там не будет, тупо ей мало напряжения для работы).

Если питать лампу через хорошую повышайку/инвертор, то время будет зависеть от потребляемого лампой тока и КПД преобразователя. (Допустим 4,5А*ч*12В = 54Вт*ч, при работе на 100Вт нагрузку проработает 0,54ч, а с учетом КПД преобразователя процентов 80 получим 0,4часа, т.е. минут 25).

Вариант 2 вообще вряд ли сможет 100Вт отдать, это 100Вт нагрузки/3,7Ваккума = 27Апотребляемого тока

Еще следует упомянуть что ампер-часы указываются для определенных условий например разряд током таким-то при температуре такой-то.

есть сильноточные литиевые аккумы могущие дать и ток в 30C 🙂 только они дороже обычных.

вариант получше: взять вместо стоватной лампочки ильича 12-15 ваттный светодиод, светить будет также а жрать будет меньше.

Источник

Подробно про пусковой ток аккумулятора

Аккумуляторная батарея — одна из наиболее важных составляющих автомобиля. Ее функция — подача напряжения на оборудование транспортного средства (стартер, освещение, магнитолу и далее).

Для решения данной задачи АКБ должна уметь не только накапливать, но и сохранять заряд в течение продолжительного времени.

При этом немаловажное значение имеет и ряд характеристик источника питания, таких как емкость, номинальное напряжение, пусковой ток и прочие.

В данной статье мы подробно остановится на одном из главных показателей, от которых зависит качество пуска транспортного средства — пусковой ток.

Что такое пусковой ток аккумулятора

А еще мы рассмотрим, когда он возникает и в чем измеряется?

Пусковой ток — один из ключевых параметров аккумулятора. Эта величина характеризует параметр тока, протекающего в стартере автомобиля в момент пуска силового узла.

Считается, что описываемый нами ток непосредственным образом связан с режимом работы машины.

Так, при частой эксплуатации транспортного средства в условиях холодов рекомендуется покупать АКБ с большим пусковым током.

Пусковой (стартерный) ток возникает в момент поворота ключа в замке зажигания и начале проворачивания стартера. Единица измерения данного параметра — Ампер.

На что он влияет?

Описываемый нами показатель характеризует еще одну величину АКБ — пусковую мощность.

Данный показатель имеет ключевое значение для регионов с низкими среднегодовыми температурами и холодными зимами.

По мощности источника питания можно судить, насколько батарея может справиться с пуском мотора в критически низких температурах.

Во время испытания используется специальная нагрузка, схожая по своим характеристикам со стартером.

Разряд током производится до тех пор, пока напряжение не опустится до шести вольт. При этом в паспортные данные АКБ вносятся интервалы, при которых осуществлялись измерения и съем показаний.

По времени стартерного разряда можно судить о состоянии аккумуляторной батареи и ее энергетическом запасе (емкости). При этом чем больше номинальная емкость АКБ, тем большее число попыток придется сделать хозяину для заводки силового узла.

Результаты тестов и балы – таблица 1.

Важно учитывать, что параметр пускового тока может различаться у абсолютно идентичных по внешнему виду АКБ.

Как правило, данный параметр зависит от свойств материалов, которые использовались в процессе создания аккумулятора, а также от ряда конструктивных особенностей.

Так, пусковое значение тока может возрастать в случае роста пористости применяемых свинцовых пластин, повышения их числа, применения ортофосфорной кислоты и так далее.

Результаты тестов – таблица 2.

На практике наибольший пусковой ток выдают АКБ, выпускаемые для дизельных моторов.

К примеру, при емкости в 55 А/ч источник питания для бензинового мотора может достигать 255 Ампера. В то время как аналогичная батарея для дизельного мотора будет тянуть 300 Ампер.

Если во время покупки вы увидели, что при идентичных основных параметрах пусковой ток источника питания больше, то можно смело выбирать данное устройство.

В холодную погоду такой аккумулятор может выручить и позволит без особых сложностей завести мотор.

Результаты тестов – таблица 3.

При этом не нужно бояться, что завышенная величина как-то негативно скажется на оборудовании автомобиля или определенных его параметрах. Все, на что имеет действие параметр пускового тока, так это на надежность пуска.

Заводские характеристики АКБ, которые влияют на ее работу

Каждая АКБ имеет ряд параметров, которые стоит учитывать при выборе.

К ним можно отнести:

От чего зависит мощность АКБ, и как на это влияет пусковой ток?

Как уже упоминалось выше, мощность источника питания зависит от параметра разрядного тока и среднего показателя напряжения.

Все показатели измеряются через идентичные временные промежутки. При этом расчет мощности осуществляется по простой формуле:

где параметр P — мощность аккумулятора В*А; I — разрядный ток, А; U — напряжение разряда, Вольт.

Во время пуска силового узла и работы стартера номинальный параметр напряжения снижается, ток заряда, наоборот, возрастает.

Если говорить простым языком, то повышение потребляемой мощности источником питания во время пуска приводит к падению уровня напряжения на его клеммах.

При этом чем меньше уровень напряжения, тем хуже стартер будет выполнять свою работу и проворачивать коленвал.

Несложно сформировать и обратную зависимость — чем большую мощность имеет АКБ, тем больше оборотов сделает стартер во время пуска силового узла. Это, в свою очередь, позволит быстрее завести мотор.

Как определить и проверить ток при запуске двигателя?

А еще мы рассмотрим какие методики определения существуют в разных странах?

На корпусе аккумулятора указывается масса параметров. Один из наиболее важных — ток холодной прокрутки.

К примеру, если на источнике питания нанесена надпись 300 А (DIN), то аккумулятор способен выдать 300 Ампер.

Условия выдачи такого тока — температура минус 18 градусов Цельсия и непродолжительная разрядка АКБ с учетом стандартов DIN (характерны для Германии).

Если говорить простыми словами, то на 1-й секунде напряжение может составлять 12 Вольт. Но уже через полминуты данный показатель снизится до уровня 9 Вольт.

Через 2,5 минуты уровень напряжения может опуститься еще ниже — до шести вольт. Данные измерения производятся с учетом требования стандарта Германии DIN 43539.

Что касается Соединенных Штатов, то здесь стандартов ГОСТ или DIN нет вовсе.

В стране, как правило, работают нормы SAE, применяемые ОАИ (обществом автомобильных инженеров).

Особенность этих стандартов — максимальная приближенность к нормам Европейского союза ЕN 60095-1 и Российской Федерации (ГОСТ 959-2002). Из-за этого и появляется определенная путаница у автолюбителей.

Так, покупая АКБ производства Соединенных Штатов, необходимо соотносить его параметры со стандартными нормами ЕС.

Для этого существует специальная таблица, позволяющая подобрать нужные характеристики по току холодной прокрутки с учетом разных методик исследования.

Так, в отношении пускового тока и его измерений можно выделить следующие стандарты:

Какой стартерный ток лучше, и каким он должен быть в цифрах?

Немаловажный вопрос для автолюбителей — выбор АКБ по условиям стартерного тока. Здесь все просто.

К примеру, для прокрутки стартера на вашем авто необходимо 200 Ампер. В таком случае АКБ нужно брать с запасом — его пусковой ток должен быть от 300 Ампер и более.

Если не следовать данному совету, то батарея быстро выйдет из строя. При этом не забывайте, что пусковой ток подразумевает непродолжительное прокручивание стартера (в течение 30-40 секунд).

Если «насиловать» аккумулятор дольше, то высок риск его перегрева.

Также при выборе аккумулятора важно учитывать и тип автомобиля (грузовой или легковой, дизельный или бензиновый).

Рассмотрим несколько примеров:

1. Пусковой ток для дизельных моторов.

Имеет ключевое значение, ведь на прокручивание силового узла и его запуск уходит больше энергии.

Нельзя забывать, что на дизелях установлены предпусковые подогреватели. Как следствие, величина тока при запуске мотора должна быть от 320 Ампер и выше.

Аналогичное требование можно выдвинуть и в отношении грузовых автомобилей.

В качестве примера выделим несколько АКБ:

2. Для бензиновых моторов.

Подойдут батареи с меньшей емкостью (от 36 А/ч) и пусковым током (от 100 Ампер). К примеру, можно выделить следующие варианты:

Как маркируются АКБ

Как и где указывается маркировка батареи в разных странах – стандарты маркировки.

Маркировка аккумулятора (в зависимости от страны-производителя) может различаться.

Рассмотрим основные варианты:

1. По отечественному стандарту ГОСТ батарея может маркироваться так — 6СТ-55ПМ. Каждая цифра отражает определенную информацию:

2. В стандарте DIN приято немного другое обозначение, к примеру — 574 012 068. Здесь каждая цифра (группа цифр) имеет свое значение:

3. Стандарт JIS (Япония) имеет следующий вид — 60D27R, где:

Кроме этого, на аккумулятор должен прописываться вес, производитель, номинальное напряжение и так далее.

Выбор АКБ для автомобиля

Выбираем аккумулятор исходя из основных параметров, включая и пусковой ток.

От правильности выбора аккумулятора во многом зависит способность силового узла заводиться в любых условиях эксплуатации.

Вот основные параметры, которым нужно уделить внимание:

К примеру, если емкость источника питания составляет 35 А/часов, то это значит, что при подаче тока в 35 А батарея проработает 1 час. Для бензиновых моторов достаточно аккумуляторов с емкостью 35-55 А/ч, а для дизелей — от 80 А/ч и более.

Здесь стоит ориентироваться на рекомендации производителя и стараться не брать источники питания с показателем ниже рекомендуемого значения. Чем больше этот показатель, тем выше скорость проворачивания стартера и тем дольше сможет работать батарея.

3. Позиция клемм (плюса и минуса).

Учтите, что правостороннее расположение клеммы характерно для европейских производителей, а левостороннее — для отечественных.

При покупке АКБ не забывайте измерить габариты аккумулятора. В противном случае батарея может попросту не поместиться на свое место.

Старайтесь покупать «свежие» устройства, которые были выпущены не позднее, чем за 2-3 месяца до момента продажи.

Поинтересуйтесь, какую гарантию дает производитель и будет ли производиться замена в случае брака. Если таких гарантий нет, то лучше отдать предпочтение другому бренду.

Итоги

При выборе аккумулятора не бывает мелочей. Не исключением является и пусковой ток, который отражает возможности устройства и его способность выполнять самую главную функцию — запускать двигатель автомобиля.

Надеемся мы помогли вам разобраться с данным показателем аккумуляторной батареи. Удачи.

Источник

Конвертер величин

Калькулятор аккумуляторных батарей

Этот калькулятор определяет теоретические емкость, заряд, энергию и длительность работы одной или нескольких одинаковых аккумуляторных батарей, соединенных последовательно или параллельно в блок батарей. Его можно применять как для аккумуляторов, так и для гальванических элементов или батарей.

Пример: рассчитать номинальную энергию и заряд в используемой в источнике бесперебойного питания (ИБП) батарее номинальным напряжением 12 В и номинальной емкостью 8 А·ч.

Для расчета введите значения номинального напряжения, номинальной емкости, относительной скорости разряда батареи (С-rate), количество соединенных последовательно и параллельно батарей (элементов) в блоке батарей (опционально), выберите единицы измерения и нажмите на кнопку Рассчитать. Результаты будут показаны для одиночной батареи (элемента) и для нескольких батарей (элементов) в блоке.

Прежде, чем описывать калькулятор, мы рассмотрим терминологию, относящуюся к химическим источникам тока. Это связано с тем, непоследовательностью и противоречивостью терминологии в этой области.

Терминология

Одиночный элемент питания — электрохимический источник тока, состоящий из корпуса с электродами и активной массой. Элементы питания применяются для питания портативных устройств, например, электрических фонариков. Обычно элементы питания имеют напряжение 1–3 В, в зависимости от типа химической реакции в них. Примерами являются элементы питания (разговорное — батарейки) типов AAA, AA, C, D.

Батарея — группа соединенных последовательно или параллельно и расположенных в едином корпусе одиночных гальванических элементов, аккумуляторных элементов и иных электрохимических источников питания, предназначенных для питания различных устройств. Например, автомобильная аккумуляторная батарея напряжением 12 В и емкостью 45 А·ч, состоящая из шести аккумуляторных элементов напряжением 2 В и емкостью 45 А·ч.
Батарейка — разговорное название одиночных гальванических или аккумуляторных элементов, обычно небольшого размера, а также батарей из них, например, 9-вольтовая батарейка «Крона» (шесть последовательно соединенных гальванических элементов), пальчиковая батарейка (один гальванический элемент).

Блок (также группа или банк) батарей или элементов — несколько соединенных последовательно или параллельно электрохимических источников питания в виде батарей или отдельных элементов, не имеющих общего корпуса и используемых для аварийного электропитания различного оборудования. Примером блока батарей является блок из двух аккумуляторных батарей напряжением 12 В и емкостью 8 А·ч в блоке бесперебойного питания. Подробнее о параллельном и последовательном соединении элементов питания и батарей — в конце этой статьи.

Формулы и определения

Одиночная батарея (элемент)

Указанные ниже формулы определяют взаимоотношения между током, который батарея отдает в нагрузку, ее емкостью и относительной скоростью разряда:

I_bat — ток в амперах, отдаваемый в нагрузку одной батареей,

C_bat — номинальная емкость батареи в ампер-часах (означает произведение амперов на часы), которая обычно маркируется на батарее, и

C_rate — относительная скорость разряда батареи, определяемая как разрядный ток, деленный на теоретический ток, которые батарея может отдавать в течение одного часа и при этом будет полностью израсходована ее емкость.

Время работы t и относительная скорость разряда батареи (C-rate) связаны обратной пропорциональной зависимостью:

Отметим, что это теоретическое время работы. В связи с разнообразными внешними факторами, реальное время работы будет примерно на 30% меньше рассчитанного по этой формуле. Следует также учесть, что допустимая глубина разряда батареи еще больше ограничивает время ее работы.

Номинальная запасаемая в батарее энергия в ватт-часах рассчитывается по формуле

E_bat — номинальная запасаемая в батарее энергия в ватт-часах,

V_bat — номинальное напряжение батареи в вольтах

C_bat — номинальная емкость батареи в ампер-часах (А·ч)

Энергия в джоулях (ватт-секундах, Вт-с) рассчитывается по формуле

Известно, что при силе тока в один ампер через поперечное сечение проводника в одну секунду проходит заряд в один кулон. Следовательно, заряд батареи определяется из выражения Q = I · t с учетом известной емкости батареи в ампер-часах, которая определяет ток, отдаваемый батареей в нагрузку в течение 3600 секунд:

Q_bat — заряд батареи в кулонах (К) и

C_bat — номинальная емкость батареи в ампер-часах.

Блок батарей

Номинальное напряжение блока батарей в вольтах определяется по формуле

V_bat — номинальное напряжение батареи в вольтах,

V_bank — номинальное напряжение блока батарей в вольтах

N_s — количество батарей в одной из нескольких групп последовательно соединенных батарей

Емкость блока батарей в ампер-часах, C_bank определяется по формуле

Номинальная энергия в ватт-часах E_bank, хранящаяся в блоке батарей, определяется по формуле

E_bat — номинальная энергия одной батареи,

N_s — количество батарей в группе последовательно соединенных батарей и

N_p — количество групп соединенных последовательно батарей, соединенных параллельно

Энергия в джоулях рассчитывается по формуле:

Здесь E_{bank, Wh} — номинальная энергия блока батарей в ватт-часах.

Заряд в кулонах блока батарей Q_bank определяется как сумма зарядов всех батарей в блоке:

Ток разряда блока батарей I_bank рассчитывается по формуле:

Время работы блока батарей t_bank определяется по формуле:

Характеристики батарей

При выборе батареи учитываются следующие характеристики:

Ниже рассматриваются некоторые из этих характеристик.

Тип батареи

Существуют две основные категории элементов питания и батарей: первичные (одноразовые) и вторичные (аккумуляторы с возможностью перезарядки).

Первичные источники тока

Это химические источники тока без надежной возможности их перезарядки. После использования такие источники утилизируют. Примером первичных источников тока являются марганцево-цинковые с угольным стержнем (солевые) и щелочные элементы.

Вторичные источники тока

Вторичные источники тока (элементы или батареи) — аккумуляторы, которые рассчитаны на большое количество перезарядок (до 1000 раз). В них энергия электрического тока превращается в химическую энергию, которая накапливается и в дальнейшем может быть снова преобразована в электрический ток. Самый известный и старый тип аккумуляторов — свинцовый или кислотный. Другими распространенными аккумуляторами являются никель-кадмиевые (NiCd), никель-металлгидридные (NiMH), литий-ионные (Li-Ion) и литий-полимерные (LiPo) аккумуляторы.

Удельная энергоемкость (на единицу веса) и плотность энергии на единицу объема

Удельная энергоемкость на единицу веса батареи измеряется в единицах энергии на единицу массы. В СИ она измеряется в джоулях на килограмм (Дж/кг). Для аккумуляторов обычно используются ватты на кг (Вт/кг). Плотность энергии на единицу объема — это количество энергии, запасенной в батарее на единицу ее объема. Измеряется в ватт-часах на литр (Вт-ч/л).

К сожалению, удельная энергоемкость батарей относительно невелика, если сравнивать ее с энергоемкостью бензина. В то же время, удельная энергоемкость недавно разработанных литий-ионных аккумуляторов в четыре раза выше свинцовых. Электромобили с такими аккумуляторами уже достаточно удобны для ежедневного использования. Литий-полимерные батареи имеют самую высокую удельную энергоемкость и поэтому широко используются на летательных аппаратах с дистанционным управлением (дронах).

Тип химической реакции батареи

Щелочные батареи

Несмотря на то, что щелочные элементы питания появились более 100 лет назад, это наиболее распространенный тип одноразовых портативных источников питания. Номинальное напряжение щелочного элемента составляет 1,5 В, а емкость щелочного элемента типа АА достигает 1800–2600 мА·ч. Если объединить несколько таких элементов в один корпус, можно получить батарею на 4,5 В (из трех элементов), 6 В (из четырех элементов) и 9 В (из шести элементов). Батареи на 9 В (типа «Крона» — по названию выпускаемых в СССР угольно-цинковых батарей), разработанные для первых транзисторных радиоприемников, теперь используются для переносных радиостанций, детекторов дыма и пультов дистанционного управления моделями. Их емкость очень мала, всего около 500 мА·ч. Удельная энергоемкость щелочных элементов 110–160 Вт-ч/кг.

Марганцево-цинковые батареи

Марганцево-цинковые (также угольно-цинковые или солевые) первичные элементы питания были изобретены в 1886 г. и все еще используются сегодня. Номинальное напряжение такого элемента — 1,5 В, емкость элемента типа АА — 400–1700 мА·ч. Марганцево-цинковые элементы и батареи выпускаются тех же типоразмеров, что и щелочные. Их удельная энергоемкость составляет 33–42 Вт-ч/кг, то есть примерно втрое ниже энергоемкости щелочных элементов питания. Из-за невысокой энергоемкости их используют только там, где не требуется отдавать в нагрузку большой ток или если устройства используются не часто, например, в пультах управления или часах.

Кислотные аккумуляторные батареи

Кислотные (или свинцовые) аккумуляторные батареи недороги, доступны и широко используются в автомобилях, другой технике, в источниках бесперебойного питания и другой аппаратуре. Напряжение на кислотном элементе – 2 В. В батарее обычно бывает 3, 6 или 12 элементов, что позволяет получить 6,12 и 24 В соответственно. Свинцовые аккумуляторы удобны в тех случаях, если их большой вес не имеет значения. Удельная энергоемкость свинцовых аккумуляторов 33–42 Вт-ч/кг.

Никель-кадмиевые аккумуляторные батареи

Никель-кадмиевые (NiCd) аккумуляторные батареи (вторичные) изобрели более 100 лет назад и только в конце 90-х гг. прошлого века вместо них начали широко применяться никель-металлгидридные и литий-ионные аккумуляторы. Напряжение никель-кадмиевого элемента 1,2 В, удельная энергоемкость 40–60 Вт-ч/кг.

Никель-металлгидридные аккумуляторы

Никель-металлгидридные аккумуляторы (вторичные) были изобретены относительно недавно — в 1967 г. Их объемная энергоемкость намного выше намного выше, чем у никель-кадмиевых аккумуляторов, и приближается к энергоемкости литий-ионных аккумуляторов. Номинальное напряжение элемента — 1,2 В, удельная энергоемкость — 60–120 Вт-ч/кг. Удельная мощность NiMH аккумуляторов 250–1000 Вт/кг также намного выше, чем у никель-кадмиевых аккумуляторов (150 Вт/кг).

Литий-полимерные аккумуляторы

В литий-ионных полимерных (или литий-полимерных, LiPo) аккумуляторах используется желеобразный полимерный электролит. В связи с их высокой удельной энергоемкостью 100–265 Вт-ч/кг, они используются в тех случаях, когда малый вес является основным фактором. Сюда относятся мобильные телефоны, летательные аппараты с дистанционным управлением (дроны) и планшетные компьютеры. В связи с их высокой удельной энергоемкостью, LiPo аккумуляторы при перегреве и избыточном заряде подвержены тепловому разгону, который может привести к утечке электролита, взрыву и пожару. Также при эксплуатации необходимо учитывать, что эти батареи расширяются при хранении в полностью заряженном состоянии, что может привести к появлению трещин в корпусе устройства, в котором они установлены.

Литий-железо-фосфатные аккумуляторы

Литий-железо-фосфатные аккумуляторы (вторичные источники питания, LiFePO₄) — это литий-ионные аккумуляторы, в которых в качестве катода используется фосфат лития-железа LiFePO₄, а в качестве анода — графитовый электрод с металлической сеткой. Это относительно новая технология, разработанная в начале 2000-х гг., имеет ряд преимуществ и недостатков по сравнению с традиционными литий-ионными аккумуляторами. Напряжение на элементе составляет 3,2 В и, поскольку оно весьма высокое по сравнению с другими типами химических реакций литий-ионной технологии, для получения номинального напряжения 12,8 В нужно всего четыре элемента. В процессе разряда, напряжение на этих аккумуляторах весьма стабильно, что позволяет получать от батареи почти полную мощность в процессе ее разряда. Аккумуляторы LiFePO₄ имеют удельную энергоемкость 90–110 Вт-ч/кг. Литий-железо-фосфатные аккумуляторы используются в электрических велосипедах, электромобилях, фонарях на солнечных батареях, в электронных сигаретах и фонарях. Литий-железо-фосфатный аккумулятор типоразмера 14500 имеет те же геометрические размеры, что аккумулятор типа АА. Однако его напряжение 3,2 В.

Напряжение батареи

Напряжение батареи определяется типом химического процесса, используемого в элементах, а также количеством элементов, соединенных последовательно. Ниже в таблице показаны напряжения различных первичных и вторичных элементов.

Если батарея из гальванических элементов изготовлена из нескольких элементов, соединенных последовательно, ее напряжение может быть 4,5 В, 12 В, 24 В, 48 В и др.

Емкость батареи

Емкость батареи — это количество электричества (заряд), который батарея может использовать для создания электрического тока в нагрузке при номинальном напряжении на ней. Отметим, что емкость батареи и электрическая емкость — это разные физические величины. Емкость батарей можно измерить в единицах электрического заряда — кулонах (Кл), а емкость конденсатора в единицах электрической емкости — фарадах (1 Ф = 1 Кл/В). Однако на практике емкость батарей удобнее измерять в ампер-часах (А-ч или А·ч) или миллиампер-часах (мА-ч или мА·ч, 1 мА·ч = 1000 А·ч). Эта единица не учитывает напряжение на аккумуляторе или элементе питания, однако она удобна с учетом того, что элементы с одним типом химической реакции всегда имеют одно напряжение. Номинальная емкость батареи часто выражается в виде произведения 20 часов на величину тока, который свежезаряженная батарея способна отдавать в нагрузку в течение 20 часов при комнатной температуре. Реальная (не номинальная) емкость любой батареи зависит от нагрузки, то есть, от тока, который батарея отдает в нагрузку, или от относительной скорости ее разряда. Чем выше скорость разряда, тем ниже реальная емкость батареи.

Емкость батареи можно измерить также в единицах энергии — ватт-часах (Вт-ч или Вт·ч). Счетчик в вашей квартире измеряет израсходованную электроэнергию в киловатт-часах (кВт-ч), то есть почти в таких же единицах, только в тысячу раз больших. 1 кВт-ч = 1000 Вт-ч. Чтобы получить емкость батареи в единицах энергии нужно умножить емкость в ампер-часах на номинальное напряжение. Например, батарея 12 В 8 А·ч, которая часто используется в небольших источниках бесперебойного питания, может хранить 12 · 8 = 96 Вт-ч энергии.

В приведенной ниже таблице показана номинальная емкость гальванических элементов питания напряжением 1,5 В и аккумуляторов напряжением 1,2 В типа АА:

Относительная скорость разряда батареи

Относительная скорость разряда батареи (англ. С-rate, C-rating) определяется как ток разряда, деленный на теоретический ток, при котором в течение одного часа будет полностью израсходована номинальная емкость батареи. Это безразмерная величина, обозначаемая буквой C (от англ. charge — заряд). Например, батарея с номинальной емкостью C_bat = 8 А·ч, при разряде со скоростью 2C израсходует свою номинальную емкость для создания в нагрузке тока I_bat=16 A в течение 0,5 часа. Разряд 1С для той же батареи означает, что она израсходует свою номинальную емкость для создания в нагрузке тока I_bat = 8 A в течение одного часа. Отметим, что относительная скорость разряда является безразмерной величиной, несмотря на то, что C_bat выражается в ампер-часах, а I_bat — в амперах. Отметим также, что батарея отдаст в нагрузку меньше энергии при разряде с большей скоростью.

Глубина разряда батареи

Сохраняемая в батарее полная энергия часто не может быть использована полностью без повреждения батареи. Допустимая глубина разряда батареи (англ. DOD — depth of discharge) иногда указывается в ее технических характеристиках и определяет процент энергии, который может быть получен от батареи. Например, свинцовые кислотные аккумуляторы, предназначенные для запуска двигателя автомобиля, не рассчитаны на глубокий разряд большим стартерным током, который может легко их повредить. Тонкие пластины, установленные в таких аккумуляторах, позволяющие достичь высокой площади поверхности электродов, а, следовательно, максимального тока, могут быть легко повреждены при глубоком разряде, особенно если такой разряд большим стартерным током часто повторяется. Некоторые батареи по техническим условиям могут быть разряжены только на 30%. Это означает, что только 30% их емкости можно использовать для питания нагрузки.

В то же время, выпускаются свинцовые аккумуляторы с более толстыми пластинами, которые рассчитаны на регулярный заряд–разряд. Именно такие батареи используются в солнечных батареях и в электромобилях.

Последовательное и параллельное соединение элементов питания и батарей в блоки батарей

Блоки батарей используются, если необходимо соединить несколько батарей для одной цели. В результате соединения батарей в блок можно увеличить напряжение, отдаваемый в нагрузку ток или и то, и другое. Для соединения батарей в блок используют три метода соединения:

При объединении батарей в блок нужно учитывать несколько важных вещей. В блоке батарей нужно использовать не просто батареи одинаковой емкости и типа, но батареи, выпущенные одним изготовителем и взятые из одной партии. Конечно, нельзя соединять вместе батареи с разными типами химической реакции. Разные батареи, соединенные вместе, будут работать некоторое время, однако срок их службы резко сокращается. Если емкости батарей различны, одна батарея будет разряжаться быстрее, чем другая, что опять же приведет к сокращению срока их службы.

При последовательном соединении батарей в блок общее напряжение является суммой напряжений отдельных батарей, а емкость в ампер-часах остается равной емкости одной батареи. Например, можно последовательно соединить две батареи напряжением 12 В и емкостью 10 А·ч. При этом общая емкость будет равна тем же 10 А·ч, однако напряжение удвоится и станет равно 24 В. При последовательном соединении, коротким толстым проводом-перемычкой соединяют отрицательный вывод первой батареи с положительным выводом второй батареи, отрицательный вывод второй батареи с положительным выводом третьей батареи и так далее. Затем крайние выводы блока (один — положительный, другой — отрицательный) присоединяются к нагрузке.

При параллельном соединении батарей в блок, их напряжение остается равным напряжению одной батареи, а емкость и максимальный ток в нагрузке увеличиваются. Для подключения батарей параллельно, соедините толстыми проводами-перемычками все положительные выводы, а также все отрицательные выводы — положительный к положительному, отрицательный к отрицательному. Для выравнивания нагрузки, присоедините положительный вывод нагрузки к выводу блока батарей с одного конца, а отрицательный — к выводу блока батарей с другого конца. Например, можно таким образом параллельно соединить две 12-вольтовые батареи емкостью 10 А·ч. Полученный блок батарей будет иметь общую емкость 20 А·ч при напряжении 12 В.

Если нужно увеличить сразу и емкость, и напряжение, можно использовать параллельно-последовательное соединение. Например, если имеется шесть идентичных батарей емкостью 10 А·ч и напряжением 12 В, можно соединить две группы по три батареи последовательно, а затем эти две группы соединить параллельно. Новый блок батарей будет иметь емкость 20 А·ч при напряжении 36 В.

Источник