Как рассчитать параметры зарядного устройства для аккумулятора
Чтобы рассчитать параметры зарядного устройства для конкретного аккумулятора, необходимо прежде всего принять в расчет тип и параметры аккумулятора, который вы собираетесь этим устройством заряжать. Важнейшие характеристики заряжаемого аккумулятора — это: емкость, напряжение полного заряда, максимально допустимый ток заряда, а также диапазон допустимых рабочих температур.
В зависимости от того, что это за аккумулятор, какого типа материалы в нем используются — параметры зарядного устройства должны подбираться индивидуально. Здесь мы рассмотрим свинцово-кислотный и литий-ионный аккумуляторы, а точнее особенности их зарядки.
Правда в том, что если аккумулятор всегда заряжать правильно, с соблюдением оптимальных величин напряжения и тока, то он сохранит свою емкость на протяжении многих циклов заряда-разряда. Разумеется при условии, что и разряжается он тоже с соблюдением ограничений, без перегрузок, без перегревов. Итак, как же рассчитать параметры зарядного устройства для аккумулятора?
Литий-ионный аккумулятор
Главная заряженная частица, отвечающая за образование тока в литий-ионном аккумуляторе, — это положительно заряженный ион лития. Он способен внедряться в кристаллическую решетку материала на аноде, например в углерод в форме графита, а также образовывать соли или оксиды металлов (например с марганцем, кобальтом или с железом и фосфором).
В силу именно такого химического состава, максимальное конечное напряжение заряда между электродами литий-ионного аккумулятора не должно превышать 4,2 вольта, а лучше — 4,1 вольта, это продлит срок его службы, замедлит необратимые изменения.
Заряжать литий-ионный аккумулятор необходимо напряжением в 5 вольт, чтобы не ждать бесконечно долго. При этом оптимальный ток заряда должен составлять от 50 до 100% от значения емкости, то есть аккумулятор емкостью 2400мАч оптимально будет заряжать током от 2,4А до 1,2А.
Для недопущения перезаряда, качественные зарядные устройства заряжают такие аккумуляторы в 2 стадии: на первой стадии на электроды подается 5 вольт и заряд некоторое время идет с предельно разрешенным током до достижения порогового напряжения в районе 4,1 вольт, а потом начинается вторая стадия — с меньшим током, когда напряжение доводится до конечных 4,1-4,2 вольт.
Поэтому мощность зарядного устройства для литий-ионного аккумулятора (для 1 ячейки) рассчитывается так: максимальное напряжение умножить на максимальный ток, допустим 5В*2,4А=1,2Вт — для нашего примера.
Свинцово-кислотный аккумулятор
Свинцово-кислотный аккумулятор работает благодаря химическим реакциям свинца и диоксида свинца в водном растворе серной кислоты. Любой классический автомобильный аккумулятор устроен именно так. В процессе заряда сульфат свинца распадается на ионы (отрицательно заряженный SO4 и положительно заряженный H), на катоде образуется диоксид свинца, на аноде — чистый свинец. При разряде — металлический свинец окисляется до сульфата свинца, диоксид свинца восстанавливается на катоде, а на аноде окисляется свинец.
Если аккумулятор перезарядить (продержать на зарядке чрезмерно долго), то сульфат свинца закончится, останется только вода, и начнется ее электролиз: на аноде при этом будет выделяться кислорода, а на катоде (отрицательном электроде) — водород — в жидком электролите будет видно как пойдут пузырьки.
В силу именно такого химического состава, напряжение максимального заряда одной ячейки свинцово-кислотного аккумулятора составляет 2,17 вольта. В 12 вольтовом аккумуляторе таких последовательно соединенных секций 6, а в 6 вольтовом — 3 последовательно соединенные секции. Поэтому максимальное напряжение заряда 12 вольтного аккумулятора составляет 13,02 вольта. Для 6 вольтного — 6,51 вольт.
Таким образом, зарядное устройство в процессе зарядки должно подавать на электроды постоянное напряжение исходя из по крайней мере 2,45 вольт на элемент (чтобы зарядка не шла бесконечно долго) — для 12 вольтного это 14,7 вольт, а для 6 вольтного получается 7,35 вольт. Начальный ток заряда оптимально принять за 30% от емкости.
В итоге максимальная рабочая мощность зарядного устройства должна рассчитываться как максимальное напряжение умножить на максимальный ток, допустим 14,7В*30А=441Вт — для свинцово-кислотного аккумулятора номинальным напряжением 12 вольт, емкостью 100Ач.
- Как узнать мощность и ток трансформатора по его внешнему виду
- Как правильно заменить конденсатор
- Защита светодиодных ламп от перегорания: схемы, причины, продлеваем жизнь
Надеюсь, что эта статья была для вас полезной. Смотрите также другие статьи в категории Электрическая энергия в быту и на производстве » Делимся опытом
Подписывайтесь на наш канал в Telegram: Домашняя электрика
Время зарядки аккумулятора
Онлайн калькулятор для расчета времени полной зарядки аккумулятора. Расчет времени зарядки аккумулятора зная Емкость батареи и ток зарядного. Если аккумулятор разряжен на 50%, то в поле «Введите емкость аккумулятора» нужно вводить значение половины от его заводской емкости. Например, для аккумулятора емкостью 60 А•ч нужно будет ввести значение 30 Ач.
Калькулятор расчета времени зарядки аккумулятора
При стандартном режиме заряда, рекомендуемом производителями аккумуляторов величина тока заряда должна составлять 0,1 от емкости аккумуляторной батареи, при этом полностью разряженный аккумулятор заряжать нужно 15 часов. Например, при емкости аккумулятора 45 Ач ток заряда должен быть 4,5 А. Лучше заряжать меньшим током и более продолжительное время. Например аккумулятор емкостью 45 Ач заряжать током 2,8 А в течении 24 часов.
Онлайн-калькулятор времени разряда и работы аккумулятора
Онлайн-калькулятор позволяет рассчитать, сколько времени проработает аккумулятор заданной емкости при заданном токе нагрузки. Это позволяет рационально подобрать источник питания для вашего электронного устройства в строгом соответствии с необходимыми размерами устройства.
Калькулятор времени работы аккумулятора
Емкость аккумулятора (mAh)
Ток нагрузки (mA)
Поправочный коэффициент
Время работы аккумулятора до разряда (часы)
Как считает этот онлайн-калькулятор? Прежде всего, время работы устройства от аккумулятора и его разряд зависят от величины потребления устройства, измеряемой в миллиамперах (mA) и емкости батареи, измеряемой в ампер-часах (mAh).
Ампер – это основная электрическая величина, определяющая количество тока, проходящего через нагрузку. Время работы и разряда батареи вычисляется, исходя из текущего значения емкости батареи и величины нагрузки.
Цикл работы аккумулятора до допустимого разряда вычисляется по формуле:
Время работы аккумулятора = Емкость аккумулятора в mAh / ток нагрузки устройства в mA * 0.70*
* Поправочный коэффициент 0.70 необходим для учета внешних факторов, которые могут повлиять на срок службы батареи.
Упрощенная формула вычисления времени работы
В более упрощенном онлайн-калькуляторе расчета аккумулятора, время работы может быть высчитано из значений емкости АКБ, измеряемой в ампер-часах и мощности потребляемой нагрузки, измеряемой в Ваттах.
В таком случае значение вычисляется по формуле:
Время работы аккумулятора = (10 * емкость батареи) / нагрузка
Какой должен быть пусковой ток у аккумулятора?
Невзирая на свою простоту, аккумулятор для автомобиля является довольно важной составляющей. На нём указывается различная информация, например ёмкость, пусковой ток, а также полярность. Но сегодня давайте поговорим о том, что такое «пусковой ток» аккумулятора, какие его нормальные значения и почему он так важен?
Мало кто в курсе, однако на данный параметр при покупке нового аккумулятора, мало кто обращает внимание. А потом начинаются проблемы: АКБ достаточно быстро перестаёт работать и автомобиль не запускается в холодное время года.
Стартерный или как его ещё называют, пусковой ток аккумуляторной батареи – определяет собой наибольший показатель силы тока, который требуется для начала работы двигателя. То есть он должен быть таким, чтобы маховик вместе с поршнями провернулся. Это довольно не простой процесс, ведь поршнями сдавливается подающееся в камеры топливо с силой в 9-13 атмосфер. Но запуск двигателя в холодное время года происходит ещё труднее, ведь масло становится более густым, из-за чего ему требуется преодолеть как сжатие, так и то, что цилиндры не достаточно смазаны.
Давайте выясним, для чего, прежде всего, нужна АКБ? В первую очередь, это накопление энергии, которой будет достаточно для запуска силового агрегата. Но даже не смотря на то, что многие аккумуляторы имеют практически идентичное строение, их технические характеристики существенно отличаются.
Да, естественно, в норме напряжение у АКБ будет составлять около 12,7 Вольт, однако если говорить о ёмкости с силой тока, они различны.
Немного о том, как устроен аккумулятор
Аккумуляторы разрабатывались, чтобы не только осуществлять запуск двигателя, но и заряжаться во время его работы. Первые АКБ разряжались довольно быстро, а их постоянная замена обычному автолюбителю обходилась довольно дорого. Поэтому, решением проблемы стали более продвинутые аккумуляторные батареи.
После разработки различных вариантов аккумуляторов, около 100 лет назад появились более-менее практичные устройства, принципиальная концепция которых не поменялась и по сей день.
Как правило, АКБ включает в себя 6 отсеков, в каждом из которых имеются свинцовые пластины (минус), а также его оксиды (плюс), и все они заливаются особым электролитом с высоким содержанием серной кислоты. Благодаря такой «смеси» происходит работа аккумулятора, и если что-то из этого будет отсутствовать, то корректность работы АКБ нарушится. Один такой отсек вырабатывает примерно 2,1 Вольт, чего не хватит для старта силового агрегата автомобиля, поэтому 6 таких отсеков объединяют воедино и в сумме получается напряжение равное примерно 12,7 Вольт. Этого вполне хватит, чтобы стартерная обмотка пришла в движение.
Немного поговорим про ёмкость
Несмотря на всю свою важность, напряжение является лишь одной из производных аккумуляторной батареи. Проще говоря, у всех АКБ оно примерно одинаковое, и неважно, какую они имеют ёмкость.
При этом, в зависимости от модели, ёмкость может существенно отличаться. Её единицы изменения Амперы в час (Ач). Говоря простыми словами, это возможность АКБ отдавать силу тока на протяжении часа. Аккумуляторные батареи для автомобилей имеют от 40 до 225 Ач. Но наиболее популярный диапазон, это 55 – 60 Ач. Проще говоря, на протяжении 60 минут, АКБ может отдавать силу тока в 55 Ампер, после чего полностью разрядится. По большему счёту, это довольно существенные показатели, ведь умножив имеющееся напряжение в 12,7 Вольт на 55 Ач, мы получим 698,5 Ватт/час. Чего вполне хватит для разогрева электрического чайника 2-3 раза.
А теперь давайте обсудим, что такое пусковой ток.
Что представляет собой пусковой ток?
Это наибольшая сила тока, которую имеет возможность отдавать АКБ на протяжении достаточно не продолжительного времени. То есть, для запуска силового агрегата автомобиля, требуется около 270 Ампер, а это довольно много. По большему счёту, эти и являются «пусковые значения», для старта работы двигателя.
При этом, аккумулятор имеет ёмкость приблизительно 60 Ач, что значительно больше номинала. Однако такое напряжение АКБ должна отдавать на протяжении максимум полуминуты.
Нередко на Юге, где температура окружающей среды практически всегда плюсовая, данный показатель даже не принимается во внимание. Ведь в этом нет необходимости, потому что если приобрести среднестатистическую АКБ, то она отлично будет выполнять свою основную функцию. Потому что на улице всегда сравнительно тепло и масло остаётся в неизменно жидком состоянии.
Однако если автомобиль эксплуатируется в регионах, где нередко преобладают отрицательные температуры, то с запуском двигателя там дела обстоят сложнее. Масло напоминает киселевидную субстанцию, поэтому для старта двигателя нужны совсем другие пусковые значения АКБ.
Когда для запуска силового агрегата при температуре окружающей среды не ниже +1 градуса, вполне хватит и 200 Ампер, то для запуска уже при минус 15 градусов потребуется примерно на 30% больше, то есть около 260 Ампер. Следовательно, чем более низкой будет температура в холодное время года, тем данный показатель будет актуальнее. Это своего рода правило.
С чем связаны показатели пускового тока?
- Если используется чистый свинец, даже в обыкновенных аккумуляторах кислотного типа, это станет причиной их быстрой зарядки и разрядки. Поэтому, пусковые показатели станут выше.
- При одинаковом размере корпуса, число пластин может различаться.
- Возможно, залит разный объём электролита.
- Пластины на «плюс» на много пористее, благодаря чему в них накапливается больше заряда.
- Запаянные «банки» исключают испарение электролита, благодаря чему в АКБ постоянно поддерживается его требуемый уровень.
- Качество сборки и репутация производителя. Как правило, чем дороже, тем лучше.
Кроме того, в момент запуска силового агрегата, напряжение АКБ снижается до 9 Вольт, однако сила тока существенно повышается, что является нормальным явлением. После начала работы двигателя, напряжение вновь вернётся к своим привычным значениям – 12,7 Вольт. При этом, израсходованный заряд восполнится с помощью генератора.
Как следует делать замеры?
По завершению производственного цикла, каждая АКБ проходит испытания, где проверяются её пусковые значения. Это достаточно сложный процесс, во время которого АКБ могут держать при минусовой температуре, после чего попытаться запустить силовой агрегат.
Но, как правило, проведение испытаний осуществляется при температуре минус 18 градусов, на протяжении полуминутной попытки запуска. Если всё удачно, по партию можно выпускать в продажу. Если что-то идёт не так, то делается смена конструктивных элементов АКБ, наполнения, и испытания начинаются снова.
Замеры происходят 3-4 раза, однако в определённые моменты замеряются максимальные показатели, чтобы знать, какие наибольшие токи может выдать аккумулятор. После чего, данные значения наносятся на корпус батареи. Из всей партии наиболее жесткой проверке подвергаются лишь несколько случайно выбранных АКБ.
К слову, во времена Советского Союза, в аккумуляторные батареи электролит не заливался. То есть люди сами приобретали его требуемой плотности, после чего заливали и заряжали на протяжении полусуток.
Что делать, если купили АКБ с пусковым током выше среднего?
- Для бензиновых силовых агрегатов они составляют 255 Ампер;
- Дизели – более 300 Ампер.
Естественно, перед покупкой АКБ, нужно знать характеристики своего автомобиля, но аккумулятор со стартерными значениями в 500 Ампер сможет завести ваш силовой агрегат, даже в условиях экстремально низких температур. Но учитывайте, что мы сейчас говорим про обыкновенные автомобили, а не грузовики, которым и 600 Ампер может не хватить.
Мировая классификация
В мире сегодня существуют различные классификации, по которым можно определить какой пусковой ток на той или иной аккумуляторной батареи. Для этого используются специальные маркировки, а именно:
- «DIN» — наносятся на АКБ немецкого производства;
- «SAE» — наносится в США;
- «EN» — Европейский союз, кроме Германии;
- В Украине пишется просто: «стартерный или пусковой ток».
Но если при выборе АКБ, вы не смогли найти на нём информацию о пусковом токе, то задайте соответствующий вопрос продавцу. Также, данная информация точно должна быть в документации к каждому аккумулятору. А теперь, давайте поговорим, как определяется стартерный ток на этапе испытаний:
- В Европе АКБ охлаждают до минус 18 градусов, после чего разряжают на протяжении 10 секунд до 7,5 Вольт;
- В Германии тоже охлаждают АКБ до минус 18 градусов, а разряжают на протяжении 30 секунд до 9 Вольт;
- В Украине испытания точно такие же, как в Германии;
- В США аккумуляторы охлаждают до минус 18 градусов, после чего разряжают на протяжении 30 секунд до 7,2 Вольт.
В момент просадки напряжения, увеличивается потребление ампер, имитируя пуск двигателя. А охлаждение нужно, чтобы сымитировать отрицательную температуру окружающей среды.