Что такое энергоемкость аккумулятора
Емкость – основная характеристика аккумулятора. От нее зависит объем энергии, которую способен накопить и отдать источник питания, и время автономной работы питающегося от него оборудования. В случае с электровелосипедами и другими видами персонального электротранспорта от емкости аккумуляторной батареи напрямую зависит расстояние пробега на 1 заряде.
В чем измеряется емкость АКБ?
В вопросе, что такое энергоемкость аккумулятора, рассматривается несколько характеристик – от удельных до абсолютных величин. В технических характеристиках емкость АКБ указывается в ампер-часах (А·ч) и/или ватт-часах (Вт·ч). Более точно возможности источника питания отражает значение в ватт-часах. Это абсолютная емкость. Ее значение показывает, какую мощность может выдавать данная АКБ на протяжении 1 часа, независимо от разрядных токов и напряжения.
Например, батарея энергоемкостью 450 Вт·ч может выдавать мощность 450 Вт на протяжении 1 часа. Удельная энергоемкость измеряется в Вт·ч/кг и показывает, какую мощность может предоставлять данная АКБ массой 1 кг на протяжении 1 часа. Чем больше удельная энергоемкость (другими словами – энергетическая плотность) элементов питания, тем меньше их масса при равной величине накапливаемой энергии.
Емкость в ампер-часах – это уже относительная величина, зависящая от номинального напряжения батареи. Например, литий-ионные аккумуляторы имеют номинальное напряжение 3,7 В на элемент, а литий-железо-фосфатные (LiFePO4) – 3,2 В. Для набора необходимого напряжения – 36 В, 48 В и т.д. – элементы питания соединяются в батарею последовательно. Для суммирования емкости ячеек они соединяются параллельно.
Перевод емкости из А·ч в Вт·ч
Чтобы рассчитать абсолютную постоянную энергоемкость в Вт·ч, зная значение в А·ч, нужно умножить его на номинальное напряжение АКБ:
Например, для батареи емкостью 13 А·ч и вольтажом 36 В абсолютная энергоемкость составит 13 А·ч х36 В = 468 Вт·ч.
Аналогично, зная абсолютную постоянную энергоемкость батареи в Вт·ч, можно рассчитать ее реальную емкость при определенном рабочем напряжении оборудования. Для этого достаточно разделить абсолютную емкость в ватт-часах на рабочее напряжение нагрузки в вольтах:
Например: 468 Вт·ч :36 В =13 А·ч, а 468 Вт·ч :24 В =19,5 А·ч.
О напряжении
Чаще всего АКБ электровелосипедов имеют рабочее напряжение 24, 36 или 48 В. С его возрастанием обычно увеличивается и максимально развиваемая скорость е-байка. Конечно, на мощность и скорость электровелосипеда влияют и другие факторы, такие как мощность мотора и эффективность трансмиссии. Но все же мощные и скоростные е-байки обычно оснащаются АКБ с напряжением 48 В и выше.
Выводы: на что влияет энергоемкость АКБ электровелосипеда
От этой характеристики зависит дальность поездок на 1 заряде батареи. Ориентировочно при езде в наиболее экономичном режиме – по ровному асфальту, без резких разгонов и торможений, встречного ветра и других препятствий – на каждый километр пути тратится 8–10 Вт·ч энергии литиевой аккумуляторной батареи (без кручения педалей). При вращении педалей велосипедист уменьшает потребляемый мотором ток, поэтому и запас энергии батареи расходуется экономнее.
Наиболее точно и наглядно емкость характеризует ее абсолютная постоянная величина, измеряемая в ватт-часах. Зная ее, легко определить и ориентировочную дальность хода на 1 заряде, и относительную емкость в ампер-часах, которая зависит от номинального напряжения питаемого оборудования.
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.
Для того чтобы проверить реальные ампер-часы своего аккумулятора, нужно полностью его зарядить. Степень заряженности проконтролируйте по плотности электролита. Полностью заряженная АКБ должна иметь плотность электролита 1,27─1,29 гр./см 3 . Затем нужно собрать схему, показанную на следующем рисунке.
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.
| Ёмкость аккумулятора, А-ч | Транспортное средство | Объем двигателя, л |
|---|---|---|
| 55 | легковые автомобили | 1 — 1,6 |
| 60 | легковые автомобили | 1,3 — 1,9 |
| 66 | легковые автомобили (кроссоверы, внедорожники) | 1,4 — 2,3 |
| 77 | грузовые автомобили малой грузоподъемности | 1,6 — 3,2 |
| 90 | грузовые автомобили средней грузоподъемности | 1,9 — 4,5 |
| 140 | грузовые автомобили | 3,8 — 10,9 |
| 190 | спецтехника (экскаваторы, бульдозеры) | 7,2 — 12 |
| 200 | грузовые автомобили (фуры, автопоезда) | 7,5 — 17 |
| Ёмкость аккумулятора, А-ч | Транспортное средство | Объем двигателя, л |
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.
Основные характеристики аккумуляторных батарей на 12В
Чтобы никогда не сталкиваться с необходимостью зарядки аккумуляторной батареи, нужно уделять время ее обслуживанию и диагностике. Для правильного обслуживания АКБ емкостью 12В на 7 Ач, необходимо знать об основных технических характеристиках устройства. Все о принципе работы и особенностях автомобильных батарей вы сможете найти ниже.
Принцип работы АКБ
В любой автомобильной аккумуляторной батарее на 12 вольт емкостью 17 Ач, 12 Ач, 9 Ач, 18 Ач или 7 Ач в роли активных компонентов выступают губчатый свинец, серная кислота и двуокись свинца. Губчатый свинец находится на минусовом электроде, свинец — на плюсовом, а серная кислота — непосредственно в электролите. Когда на клеммы автомобильной аккумуляторной батареи поступает нагрузка, эти элементы начинают взаимодействовать. Начинается процедура выработки электротока, в результате чего на минусовой клемме образуется сульфат свинца. Кроме того, из электролита начинает выделяться жидкость, соответственно, его плотность значительно понижается (автор видео — Михаил Нестеров).
В том случае, если на клеммы АКБ 26 поступает ток от стороннего источника, к примеру, зарядки или генератора, в системе начинает осуществляться обратный процесс. В частности, на отрицательных выходах появляется чистый свинец, а на плюсовых осуществляется регенерация диоксида свинца. Кроме того, плотность батареи 12В на 9Ач, 12 Ач, 17 Ач, 18 Ач или 7а начинает увеличиваться — данный процесс называется двойной сульфатацией.
В итоге автомобильная аккумуляторная батарея почти полностью восстанавливается свои первоначальные характеристики. Следует отметить, что на количество циклов заряда и разряда и, соответственно, ресурс эксплуатации устройства, напрямую влияет качество материалов, которые применяются при производстве АКБ.
Наиболее важные показатели качества АБ
Самыми важными характеристиками любой автомобильной батареи 12В на 7а является напряжение, емкость, размеры корпуса, вес, цена, а также допустимая глубина разряда. Кроме того, стоимость батареи определяет ресурс эксплуатации устройства, коэффициент полезного действия, диапазон рабочих температур, а также допустимый ток заряда. Следует помнить, что все показатели качества производитель определяет при температуре от 20 до 25 градусов тепла. Если возникли какие-либо отклонения от напряжения, то все остальные показатели, как правило, изменяются в худшую сторону.
Устройство любой обслуживаемой батареи для авто
Уровень напряжение автомобильной аккумуляторной батареи, как правило, отмечается в ее названии. К примеру, это может быть RA12300 на 7а, где 12 обозначает количество вольт — 12В. При покупке также необходимо учитывать и разрядные показатели АКБ. В некоторых случаях изготовители отмечают более завышенную емкость аккумулятора в Ач, это не более, чем маркетинговый ход. Разумеется, такой емкости можно достичь, но в самых идеальных условиях.
Емкость батареи
Объем энергии в автомобильной аккумуляторной батарее 12В на 17, 18 или 9 Ач именуется емкостью АКБ, которая измеряется в Ач (ампер часах). К примеру, если показатель емкости составляет 100 Ач, то батарея сможет работать с нагрузкой током 1 ампер на протяжении 100 часов. Следует помнить, что емкость АКБ в любом случае понижается при повышении разрядного тока. На сегодняшний день в продаже можно встретить АКБ емкость 9, 17, 18 Ач, вплоть до 2000 Ач.
Измерение емкости устройства
Чтобы повысить ресурс эксплуатации аккумулятора, необходимо применять только малую часть ее емкости до следующего процесса зарядки. Процедура разрядки и зарядки АКБ называется циклом, при этом совершенно неважно — полностью была разряжена батарея или только частично. Даже если устройство разрядится на 5% и вы его дозарядите, это будет считаться циклом. Разумеется, число вероятных циклов может сильно различаться при разной глубине разряда.
Всегда необходимо учитывать то, что при сильной перезарядке элемента есть возможность повредить его. В традиционных АКБ 12 вольт на 17 или 18 Ач должно быть около 2.5 вольтов на каждый компонент. На сегодняшний день множество фотоэлектрических АКБ характеризуется мягким нагрузочным показателем, соответственно, при повышении напряжения уровень заряда значительно понизится (автор видео о том, как правильно ввести в эксплуатацию сухозаряженную батарею — Гараж 137).
Напряжение
Что касается напряжения на АКБ 12 вольт на 18 или 17 Ач, то этот показатель считается самой главной характеристикой. Именно напряжение определяет степень и состояние заряда устройства. В частности, это относится к герметизированным моделям, в которых никак нельзя проверить уровень плотности электролита.
Следует отметить, что уровень напряжения в аккумуляторах 12 вольт на 17 или 18 Ач во время разрядки, заряда и при отсутствии тока может различаться. Чтобы понять, насколько заряжено устройство, необходимо замерять уровень напряжения на клеммах в двух вариантах — если отсутствует зарядный и разрядный ток на протяжении трех часов. Как показывает практика, за такое время напряжение аккумулятора может стабилизироваться.
Но знать только одной напряжение недостаточно для того, чтобы определить, насколько заряжен аккумулятор. К примеру, если в вашем автомобиле установлена гелевая батарея, то как правило, данный показатель будет более высоким. В отличие от традиционных, устройства типа AGM при полном заряде показывают уровень напряжения в районе 13 вольт, в то время как на стартерных устройствах этот показатель составляет около 12.5 вольт.
Степень заряженности
Что касается уровня заряженности устройств 12 вольт на 17 или 18 Ач, то данный показатель зависит от различных факторов. Точно выявить степень можно исключительно с помощью специализированных ЗУ, оборудованных процессором — эти девайсы позволяют определить не только заряд, но и разряд аккумулятора на протяжении определенного количества циклов. Данный вариант является самым точным, но он требует финансовых затрат. Тем не менее, такие затраты в будущем могут сэкономить немало денег на обслуживании и замене устройств.
Автомобильная батарея в разрезе
Благодаря использованию ЗУ, которые позволяют контролировать процесс работы прибора, можно добиться увеличения ресурса эксплуатации. Тем более, что выбор ЗУ сегодня в зависимости от тех или иных параметров, которыми они должны обладать, действительно огромный.
Если специального ЗУ у вас нет, то есть несколько вариантов, которые позволят узнать степень заряженности.
- Уровень напряжения АКБ 12 или 24 вольт на 17 или 18 Ач. Такой вариант не особо точный, но для его реализации вам потребуется только вольтметр со шкалой, которая позволит замерять сотые доли. Для начала следует отключить от устройства ЗУ и скинуть клеммы, чтобы батарея не питала электроприборы в авто, перед замером подождите несколько часов. После этих действий осуществляется процедура замера параметра на терминалах АКБ. Как сказано выше, для приборов типа гелевых и AGM такой показатель должен составлять около 13-13,2 вольт, а для обычных — в районе 12.7 вольт. В ходе эксплуатации со временем уровень напряжения будет понижаться. При необходимости вы можете произвести проверку параметра на каждой отдельно банке, такой метод позволит выявить неисправный компонент в системе.
- Еще один способ измерения параметра на устройствах емкостью 17 или 18 Ач — по уровню плотности электролита. Данный вариант является наиболее актуальным для девайсов с жидким электролитом. Перед тем, как осуществить все замеры, также необходимо выждать несколько часов, а сам замер производится с применением ареометра. Для того, чтобы не получить травмы, перед процедурой наденьте очки и перчатки для защиты, в том случае, если электролит случайно попадет на тело, участок кожи необходимо промыть водой с содой (автор видео — NarodTV).
Срок службы аккумуляторов на 12В
Ресурс эксплуатации аккумуляторов никогда не определяется в годах — только в количестве циклов разряда и заряда, соответственно, ресурс во многом определяется условиями использования АКБ. Если вы допускаете того, что устройство разряжается полностью и долго пребывает в таком состоянии, то число циклов также уменьшается. Данное понятие можно назвать относительным, поскольку оно определяется различными параметрами.
Также следует отметить, что показатель числа циклов не может быть универсальным для определенного типа батарей, поскольку он зависит от технологии, которая у каждого изготовителя своя. Так что когда вы покупаете устройство и вам сообщают, какой у него срок службы, учитывайте, что этот ресурс рассчитывается исходя из простых параметров и условий работы.
Извините, в настоящее время нет доступных опросов.
Правила безопасной эксплуатации АКБ
Чтобы не допустить ускоренного выхода из строя аккумулятора, необходимо соблюдать определенные правила использования.
Также эти правила позволят безопасно эксплуатировать устройство:
- Между выходами аккумулятора никогда не нужно делать цепь замыкания. Помните о том, что даже небольшой ток на полностью заряженной АКБ будет способствовать расплавлению элементов клемм. Соответственно, в худшем варианте он может даже стать причиной термического ожога.
- Устройства ни в коем случае нельзя хранить в полностью разряженном состоянии. Это будет способствовать сульфатации электродов, соответственно, уровень емкости в АКБ будет во многом понижаться.
- Если у вас возникла необходимость зарядить аккумулятор, то при подключении его к ЗУ необходимо внимательно проверить полярность. В том случае, если ваша АКБ заряжена, при этом вы перепутаете полярность, это вполне может привести к тому, что батарея просто выйдет из строя.
- Без необходимости никогда не разбирайте устройство. Внутри корпуса находится гелеобразный электролит, если он попадет на кожу, то вполне может вызвать ожог.
- В том случае, если аккумулятор полностью вышел из строя, его утилизация осуществляется в соответствии со всеми требованиями к утилизации подобных устройств.
Видео «Все об устройстве и эксплуатации АКБ»
Как правильно использовать аккумулятор, чтобы не снизить его срок службы — узнайте из видео ниже (автор видео — PROsto про ВСЕ).