Расчет емкости АКБ и основные понятия
Аккумуляторная батарея представляет собой источник тока многоразового использования. Ее особенность заключается в цикличности: зарядив батарею, ее можно использовать установленное производителем количество часов. Разряженную батарею легко зарядить с помощью специального зарядного устройства. Время заряда связано с параметрами источника, а количество циклов “заряд-разряд” напрямую зависит от типа и особенностей АКБ.
Что такое емкость и зачем нужен этот показатель?
Емкость аккумуляторной батареи — ее ключевая характеристика. Она влияет на стоимость устройства, область применения (от бытовых нужд до медицинских), срок службы.
Эта характеристика отображает длительность временного промежутка, на время которого батарея будет полноценно питать соответствующее устройство (пульт, телефон и т.д.) и обеспечивать его автономную работу. Иными словами, емкость АКБ — это максимальное количество электрической энергии, которое батарея способна накапливать за 1 полный цикл заряда.
Единица измерения емкости АКБ — амперы в час (А*ч), а для батарей высокой мощности — миллиамперы в час (мА*ч).
Основные понятия, которые связаны с расчетом емкости АКБ
С определением емкости АКБ связаны несколько терминов, среди них ток разряда аккумулятора, энергетическая и резервная емкость и прочие. Рассмотрим основные из них.
1.Зависимость емкости АКБ от тока разряда
При подключении к аккумулятору защищенной нагрузки без преобразователя, величина тока не меняется. При этом время работы АКБ будет выглядеть как соотношение емкости к току. В виде формулы эта зависимость выглядит следующим образом:
где Q – емкость аккумулятора (А*ч или мА*ч);
I – постоянный ток разряда аккумулятора (А);
T – время разряда батареи (ч).
2. Зависимость емкости АКБ от энергии
Способность к накоплению энергии батареей связана с напряжением: чем оно больше, тем больше энергии накопит АКБ. Таким образом, электрическая энергия определяется как произведение тока, напряжения и времени:
W= I*U*T,
где W – энергия накопленная батареей (Дж);
U – напряжение аккумулятора (В);
I – постоянный ток (А);
T – время разряда (ч).
3. Энергетическая емкость
Под этим понятием подразумевается энергия, которую отдает полностью заряженный аккумулятор при разряде до минимального напряжения. Для расчета энергетической емкости используют формулу:
где Q – емкость аккумулятора (А*ч);
W – энергетическая емкость аккумулятора (Вт/элемент).
4. Резервная емкость
Этот термин используется при расчете емкости автомобильных аккумуляторов. Он описывает способность АКБ питать электрооборудование автомобиля, когда встроенный генератор не функционирует. Резервная емкость рассчитывается следующим образом:
где Q – емкость аккумулятора (А*ч);
T – резервная емкость аккумулятора (мин).
Расчет емкости аккумуляторной батареи
Измерение объема батареи необходимо в случае определения количества энергии для продолжительной автономной работы любых устройств (к примеру, для ноутбука, смартфона и т.д.);
Для того чтобы определить емкость АКБ, необходимо применить стандартную формулу:
где Q — рассчитываемая емкость АКБ (А*ч или мА*ч);
P – нагрузочная мощность (Вт);
t — временной промежуток резервирования (ч);
V — напряжение батареи (В);
k — коэффициент, отображающий какая часть емкости АКБ используется.
Значение k компенсирует ситуацию неполного заряда батареи. К слову, полный разряд после нескольких полных циклом работы существенно увеличивает работоспособность устройства.
Расчет заряда АКБ на конкретном примере
Для того чтобы провести подсчет емкость батареи смог даже новичок, рассмотрим следующую задачу.
Мы имеем критическую нагрузку 500 Вт, которая требует резервирования на протяжении 3 часов, а также стандартное напряжение 12 В. Сперва посчитаем емкость для батареи, которая разряжается на 70 процентов, а потом заряжается. Это будет выглядеть следующим образом:
Q = 500*3/12*0,7 = 178,6 А*ч.
Так рассчитывается минимальная емкость. Чаще всего следует считать объем АКБ с небольшим запасом (например, 20%). В таком случае батарея проработает максимальное количество времени. Расчет будет выглядеть так:
Q = 178,6*1,2 = 214,3 А*ч.
В любом случае, вы сможете самостоятельно рассчитать емкость необходимой батареи, просто подставим свои значения в вышеуказанную формулу.
Власть и техника, деньги и товары имеют ценность и полезны лишь постольку, поскольку они дают человеку свободу.
Генри Форд
Емкость аккумулятора: как определить и на что влияет?
Емкость аккумулятора является одной из важнейших технических характеристик изделия и часто становится решающим критерием при выборе аккумулятора. Но что показывает емкость, с чем она связана и что может на нее влиять? Сейчас разберёмся.
Вычисление емкости
Емкость – это показатель, демонстрирующий, какой период времени аккумулятор может поддерживать ту или иную нагрузку. Емкость измеряется в ампер-часах, а в малообъемных (к примеру, телефонных) моделях – миллиампер-часах.
Уже по единице измерения можно понять, что она вычисляется путем умножения постоянного тока разряда, на время этого самого разряда. Следовательно, емкость (Е) = I х T, где I заряд в амперах, а Т – часы. Емкость батареи можно определить, сложив емкость всех входящих в нее аккумуляторов.
Различия между емкостью и энергией
Показатель емкости аккумулятора не полностью отображает энергию, которая может хранится в нем при полной зарядке. Это связано с тем, что энергия возрастает прямо пропорционально к напряжению, поэтому реальная энергия аккумулятора вычисляется по следующей формуле:
Энергия = I х U х T, что в расшифровке значит напряжение, умноженное на ток и на время протекания тока.
Поэтому чтобы получить показатель энергии аккумулятора нужно его емкость умножить на напряжение, то есть W [Вт*час]= E х U.
При вычислении энергии аккумуляторной батареи с последовательно подключенными аккумуляторами энергию одного аккумулятора следует умножить на их количество в батарее.
Различия между емкостью и заряженностью
Заряд аккумулятора и емкость – не одно и то же, важно различать эти понятия, покупая аккумулятор в Альтшоп или любом другом магазине. Емкость, как уже говорилось, показывает, сколько времени аккумулятор сможет обеспечивать нагрузку при полном заряде. Заряд же показывает реальное количество накопленной энергии. То есть емкость – статичный показатель, а заряд – динамичный.
Простой пример – емкость показывает объём стакана, а заряд реальное количество воды, которое в ней содержится сейчас.
Влияние износа и температуры на емкость аккумулятора
Влияние температуры зависит от того, какой материал используется в аккумуляторе. Так в моделях со свинцовыми пластинами при повышении температуры от +20 до +40 емкость увеличивается до 5%, снижение температуры на них практически не влияет. Но, вот гелиевые аккумуляторы при падении температуры от +20 к 0 теряют порядка 15% емкости, а при дальнейшем ее снижении до – 20 еще 25%.
Что касается емкости, то в свинцовых моделях она примерно равна заявленной производителем. Однако несколько циклов разрядки-зарядки могут увеличить ее на несколько процентов. Последующее использование или пассивное хранение аккумулятора снижаем его емкость из-за разрушения материала, который лежит в его основании.
Если изношенный аккумулятор быстро садится и заряжается, его нужно заменить новым (кстати, хороший выбор тут). Использование неисправного аккумулятора может привести к снижению эффективности и сбоям в работе питаемого от него устройства.
Емкость аккумулятора и пробег
Квадроциклы обычно продаются с батареями емкостью 12Ач, 20Ач, 40Ач и т.д. А как понять это много или мало?
Давайте перейдем к простым расчетам. Я сделаю сильно упрощенное представление, для простоты понимания.
Напомню немного физики из школьной программы:
- Мощность (Ватт, W) = Сила тока (Ампер, A) умножить на Напряжение (Вольт, V). (W=I*U). Короче Ватт это Вольт*Ампер.
- Емкость батареи в Ah — сколько ампер сможет отдать батарея за один час.
- Запасенная энергия (Ватт*Час, Wh) — сколько ватт сможет отдать батарея за один час. Грубо — сколько энергии в Ваттах хранится в аккумуляторе. Запасенная энергия — более правильная характеристика емкости батареи. Если у Вас батарея содержит энергии 1kВтч (например 50v 20Ah = 1000Wh), то ее физический смысл говорит, что она сможет питать двигатель мощностью 1kW в течение одного часа.
Вот несколько выкладок, которые надо понять:
- Если у Вас в системе напряжение 48V, а емкость батареи 20Ah, то она запасла 48*20=960Wh. То есть примерно 1 kWh. Ну и если у Вас в системе напряжение 60V, а емкость батареи 50Ah, то она запасла 60*50=3000Wh. То есть 3 kWh. А значит она сможет питать двигатель 1kW в течение 3х часов или двигатель 3kW в течение часа.
- Если у Вас батарея запасла 1 kWh, а у Вас стоит двигатель 1 kW, то Ваш двигатель будет работать на полной мощности 1 час. Если у Вас батарея запасла 3 kWh, и у Вас стоит двигатель 1,5 kW, то Ваш двигатель будет работать на полной мощности 2 часа.
- Теоретический пробег квадроцикла на одном заряде вычисляется умножением максимальной скорости квадрика (а она достигается, когда двигатель работает на полной мощности) на время работы его двигателя на полной мощности.
Например рассчитаем пробег на одном заряде для квадроцикла Sahara A3000 72V 3000W 52Ah.
- Запасенная энергия батареи равна 72V * 52Ah = 3,75kWh (см п.1)
- Время работы двигателя на полной мощности равна 3,75kWh / 3 kW = 1,25 часа (см п.2)
- Максимальную скорость берем из характеристик модели = 50 км/час.
- Значит пробег на одном заряде равен 50 * 1,25 = 62 км (см п.3)
Потребление энергии при катании — примерно половина от номинальной мощности двигателя и зависит от условий езды (асфальт, трава, грязь, вес пассажира, уклоны, повороты и т.п) То есть квадрик бегает обычно в два раза дольше расчетных значений времени работы двигателя на полной мощности.
Учтите, что дольше не значит дальше. Теоретический пробег при этом сохраняется. Просто средняя скорость движения при катания обычно примерно половина от максимальной скорости.
Как рассчитать и подобрать аккумулятор Оставить Комментарий
Как определить нужную емкость банка аккумуляторов и выбрать тип АКБ для дома.
Расчет и подбор аккумуляторных батарей
При выборе аккумуляторов для автономных и резервных домашних электростанций возникает вопрос, как рассчитать нужную емкость банка аккумуляторов и выбрать необходимые аккумуляторные батареи. В этой статье мы постараемся подробно рассказать об основных характеристиках аккумуляторов, их отличиях и на что нужно обратить внимание при выборе АКБ.
Прежде всего, стоит сказать, что видов аккумуляторов существует множество, но есть основные, которые используются в домашних системах – свинцово-кислотные Гелевые АКБ и AGM аккумуляторы. Некоторые компании по продаже бытовых электросистем предлагают, также, Li-ion аккумуляторы, но в связи с их высокой стоимостью и, соответственно, нерентабельностью, мы не будем на них останавливаться.
Что такое свинцово-кислотный аккумулятор?
Аккумулятор это короб, который разделен на отсеки сепараторами (перегородками из микропористого пластика). В эти отсеки заливается жидкий электролит, в который погружаются положительные и отрицательные пластины. Между этими пластинами возникает напряжение и протекает ток. Электролит из таких аккумуляторов может испаряться. Такие аккумуляторы необходимо обслуживать (доливать электролит) и не допускать закипания.
Что такое AGM аккумулятор?
Технология AGM использует пористый заполнитель для отсеков, пропитанный жидким электролитом. Микропоры этого материала заполнены электролитом не полностью. Свободный объём используется для рекомбинации газов. Такие аккумуляторы необслуживаемые и имеют большой срок службы.
Что такое аккумулятор GEL?
Технология GEL по сути схожа с AGM различие только лишь в том, что заполнитель отсеков пропитан не жидким электролитом, а желеобразным (силикагелем). Это добавляет устойчивости к вибрациям, увеличивает срок жизни аккумуляторов при систематическом перемещении их с места на место. В целом срок службы у AGM и GEL аккумуляторов сопоставим.
AGM и GEL технологии существенно выигрывают у классических свинцово-кислотных аккумуляторов по следующим причинам:
– они не требуют обслуживания
– конструкция герметична и безопасна, не выделяет вредных веществ в атмосферу
– существенно больший срок службы при правильной эксплуатации
– вероятность сульфатации (окисления и кристаллизации) пластин АКБ существенно меньше
Что выбрать – AGM или GEL?
При общей схожести характеристик этих двух технологий основным преимуществом GEL является стойкость к вибрациям, а значит использовать его в случае системного перемещения, вибраций более целесообразно. Объясняется это тем, что при наклонах, вращениях и т.п. жидкий электролит в аккумуляторе, изготовленном по технологии AGM может стекать с пластин, тем самым давая пластинам окисляться и кристаллизоваться, в то время как в Гелиевом аккумуляторе желеобразный электролит стекает с пластин медленно, снижая тем самым возможность сульфатации. Так же, как показывает практика, Гелиевые АКБ имеют большее количество циклов при буферном использовании (разряд не более 50%). В остальном необходимо ориентироваться на характеристики указанные производителем. При этом AGM дешевле не сильно уступая GEL в сроке службы при стационарном использовании.
Какие характеристики важны при выборе аккумулятора:
1) Емкость АКБ – указывается в единицах Ач – характеризует количество максимального запаса электроэнергии в АКБ
2) Номинальное напряжение – важно для понимания схемы соединения всех элементов домашней системы
3) Габариты – размеры и вес – вес аккумуляторов больших емкостей, которые, как правило, используются в домашних системах, достаточно велик, и нужно следить за тем, чтобы место установки АКБ имело надежное основание
4) Количество циклов заряда-разряда – определяет срок службы аккумуляторов
5) Рабочий диапазон температур – важно, если вы планируете использовать АКБ в неотапливаемом помещении.
Максимальное количество запасенной электроэнергии в АКБ
Главная причина, по которой может понадобиться аккумулятор это запасти в нем электроэнергию. Количество потребленной электроэнергии измеряется в единицах кВт*ч.
Рассчитать эту единицу очень просто – нужно Емкость умножить на номинальное напряжение
Максимальное количество запасенной электроэнергии для аккумулятора с номинальным напряжением 12В и емкостью 120Ач будет равно 12В*120Ач=1440Вт*ч=1,44кВт*ч
Эта единица показывает, какое количество электроэнергии может отдать полностью заряженный аккумулятор. Данный аккумулятор к примеру сможет в течении 14 часов питать обычную лампочку 100Вт (100Вт*14часов=1400Вт*ч) или энергосберегающую лампочку 5Вт в течении 288 часов(5Вт*288часов=1440Вт*ч)!
Как рассчитать нужную емкость банка аккумуляторов?
Ответ на этот вопрос гораздо проще, чем может показаться на первый взгляд. Для этого нужно понять в каких целях будет использоваться аккумулятор:
1) Если для резервного питания при отключении электричества, то берем среднее за сутки потребление электроэнергии в час и умножаем на количество возможных часов без электричества. Так мы получим нужную нам емкость банка аккумуляторов*.
Примечание * ― важно в расчетах учитывать запас аккумуляторов, чтобы не допускать их полного разряда, не менее 20 %.
В деревне «Н» периодически бывает отключение электричества не более чем на 3 часа. В это время в доме семьи «К» необходимо обеспечить работу холодильника (средней мощностью 100Вт), светодиодных лампочек в количестве 10 штук (мощностью 5Вт каждая), телевизора (70Вт), ноутбука (40Вт) и иметь возможность вскипятить электрочайник (мощностью 1,5 кВт в течении 5 минут)
В итоге: 905Вт*ч + запас в 20%. 1086Вт*ч.
Если мы рассматриваем стандартные аккумуляторы номинальным напряжением 12В, то легко рассчитываем нужную емкость – 1086Вт*ч/12В=90,5Ач
2) Если аккумуляторы нужны для автономного электроснабжения (например, с использованием солнечных электростанций или ветрогенератора) в отсутствии сетевого электричества, то необходимо учесть электропотребление в период отсутствия электрогенерации от источника (в отсутствии солнца или ветра). При этом также нужно учесть запас емкости АКБ для буферного использования.
При использовании солнечных панелей в зависимости от места расположения и времени года, доля потребленной суточной электроэнергии в отсутствии солнца может варьироваться от 30% летом до 90% при полном отсутствии солнечного света зимой.
Исходя из того в какой период времени вы планируете использовать автономную систему, нужно рассчитывать запас емкости аккумуляторов.
Все та же Семья «К» начинает дачный сезон с весны, когда солнечный день составляет 7-8 часов. Часть этого дня они проводят вне дома, не используя большое количество приборов (в это время идет зарядка аккумуляторов), а в отсутствии солнца – ночью (на работу холодильника), утром (чайник, освещение, телевизор, насос) и вечером (те же самые чайник, освещение, телевизор, насос) уходит 70% от суточного потребления электроэнергии. При этом за день по счетчику выходит 5кВт*ч электроэнергии.
Тогда для того чтобы рассчитать нужную емкость мы делаем следующее:
5кВт*ч * 70% = 3,5 кВт*ч – это необходимое количество энергии. Чтобы увеличить срок службы аккумуляторов, Семья «К» не разряжает Банк АКБ ниже 60%. Тогда нужная емкость аккумуляторов будет рассчитываться – 3,5кВт*ч/60%=5,83кВт*ч=5830Вт*ч
Определяем емкость: 5830Вт*ч/12В=486Ач – а это 2 аккумулятора по 250Ач.
Но если у вас по какой либо причине не получилось рассчитать требуемую емкость банка АКБ или вы не хотите тратить на это времени – ПОЗВОНИТЕ по телефону +7-903-008-34-37 и мы сделаем индивидуальный расчет для вас!
А про то как правильно подсоединять аккумуляторы вы можете прочитать тут: Варианты подключения Аккумуляторов