Рассчитать мощность аккумулятора

Что такое емкость аккумулятора

От этого параметра зависит количество времени, в течение которого аккумулятор способен отдавать предварительно накопленную в результате зарядки электроэнергию. Этот показатель одинаково важен как для аккумуляторной батареи автомобиля, так и для «пальчикового» аккумулятора от плеера или фотоаппарата. То же самое относится и к источникам питания сотовых телефонов.

Особенно большие неприятности могут случиться, если взять не ту емкость для АКБ автомобиля. Во-первых, емкости может не хватить для питания бортовой сети при неработающем двигателе, самое страшное – могут возникнуть проблемы с запуском в зимнее время. О том, как рассчитать емкость аккумулятора, должен иметь представление каждый автомобилист.

Исчерпывающую информацию об этом параметре современного источника питания можно получить, взглянув на его маркировку. Например, 1200 mAh (1200 миллиампер-часов), 60 Ah (60 ампер-часов). В отличие от емкости конденсатора, которая измеряется в фарадах, для аккумулятора используется внесистемная единица измерения – Ah (Ampere hour, «ампер-час»). Часы в этой единице измерения присутствуют по той причине, что, в отличие от конденсатора, который разряжается мгновенно, аккумулятор призван обеспечить питание в течение достаточно продолжительного времени.

Емкость данного аккумулятора составляет 60 ампер-часов

Емкость, выраженная в ампер-часах, показывает на то, в течение какого времени данный аккумулятор способен питать нагрузку с указанным током потребления.

Обратите внимание! О чем говорит такая аббревиатура, как, например, 30 Ah? Полностью заряженный аккумулятор с емкостью в 30 ампер-час может работать в течение одного часа, поддерживая нагрузку в сети в 30 А с номинальным напряжением в 12,7 V.

30 А – это довольно большое значение силы тока, при напряжении 12,7 V мощность аккумулятора будет составлять: I*V=30*12,7=0,381 kW. Этой мощности достаточно для освещения всего дома в течение суток, если там стоят светодиодные лампы, которые потребляют от 3 до 5 W за один час эксплуатации. Время работы находится в обратной зависимости от тока нагрузки: чем он меньше, тем дольше аккумулятор способен поддерживать работу сети. Если ток нагрузки составляет 10 А, он будет работать 3 часа, если 5 А, то 6 часов.

Аккумулятор сотового телефона

Емкость АКБ сотового телефона колеблется в пределах от 500 до 2000 mAh. Такая батарея позволит телефону или смартфону работать в активном режиме в течение недели. При этом надо учитывать активность самого пользователя: если человек разговаривает по телефону более часа каждый день, пользуется будильником, различными играми, тогда самой большой емкости хватит на день-два.

Дополнительная информация. Расчет полной емкости аккумулятора возможен только эмпирическим путем. Когда он отрабатывает указанные на маркировке положенные ампер-часы, это отнюдь не значит, что после этого он больше не способен выдавать электричество. Без подзарядки аккумулятор еще достаточно продолжительное время способен вырабатывать электрическую энергию. Однако силы тока при этом будет недостаточно для той цели, с которой он используется.

Аккумулятор и аккумуляторная батарея

Как добиться увеличения емкости источника питания? Самый простой и очевидный способ – это увеличение вещества, участвующего в химической реакции. При этом произойдет увеличение силы тока, и процесс выработки электроэнергии будет протекать дольше, то есть число ампер-часов станет больше. Однако этот метод далеко не всегда можно применить на практике. Получить рассчитанную емкость путем увеличения или уменьшения количества реактивов не всегда представляется возможным.

Дело в том, что будь аккумулятор самых больших размеров, и на его изготовление потрачено огромное количество лития, напряжение вырабатываемого электричества нисколько не увеличится. Этот показатель заложен в самой основе химической реакции. Для кислотного аккумулятора он составляет 2 V, для литий-ионного – 3,7 V.

Так как же получить напряжение 12 V, необходимое для запуска автомобильного двигателя? Для этого нужно аккумуляторы объединить в батарею. Например, 6 свинцово-кислотных аккумуляторов с напряжением 2 V соединить последовательно между собой.

Существует два способа соединения аккумуляторов:

  • последовательное, при котором возрастает напряжение, при неизменной емкости;
  • параллельное, когда количество ампер-часов увеличивается, напряжение остается постоянным.

Емкость аккумуляторной батареи, как и ее напряжение, посчитать нетрудно, для этого может не понадобится даже обычного калькулятора. Если, например, два кислотных аккумулятора емкостью 1 Ah соединить между собой параллельно, то фактически произойдет удвоение емкости при неизменном напряжении. При их последовательном соединении получится наоборот: напряжение увеличится в 2 раза, емкость останется прежней. При этом в обоих случаях количество электроэнергии от двух источников питания увеличится вдвое.

Расчет и подбор аккумуляторных батарей

Видов аккумуляторов существует множество, но есть основные, которые используются в домашних электростанциях – свинцово-кислотные (SLA), гелиевые (GEL), и литиевые (Li-ion) аккумуляторы. Стоимость последних уже на порядок ниже, чем была несколько лет назад, а примуществ гораздо больше, чем у остальных моделей.

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 аккумулятор GEL?

Технология GEL состоит в том, что заполнитель отсеков пропитан не жидким электролитом, а желеобразным гелем. Это добавляет устойчивости к вибрациям, увеличивает срок жизни аккумуляторов при систематическом перемещении их с места на место. В целом срок службы у GEL намного выше, чем у свинцово-кислотных аккумуляторов.

Литий-ионный аккумулятор (Li-ion) — тип электрического аккумулятора, который широко распространён в современной бытовой электронной технике и находит своё применение в качестве источника энергии в электромобилях и накопителях энергии в энергетических системах. Это самый популярный тип аккумуляторов в таких устройствах как сотовые телефоны,ноутбуки, цифровые фотоаппараты, видеокамеры и электромобили..

В чем разница?

GEL и Li-ion 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

А теперь, закончив экскурс в википедию, приступим к главному:

Расчет мощности аккумуляторов:

Количество потребленной электроэнергии измеряется в единицах кВт*ч.

Рассчитать эту единицу очень просто – нужно Емкость умножить на номинальное напряжение

Например:

Максимальное количество запасенной электроэнергии для аккумулятора с номинальным напряжением 12В и емкостью 120Ач будет равно 12В*120Ач=1440Вт*ч=1,44кВт*ч

Эта цифра показывает, какое количество электроэнергии отдает полностью заряженный аккумулятор. Он например 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).

Расчет емкости аккумуляторов:

Здесь все еще проще: для того чтобы рассчитать емкость аккумуляторов, всего-навсего нужно определиться для чего будет использоваться аккумулятор:

1) Если аккумуляторы нам нужны для резервной электроэнергии при отключении электричества, то берем среднее потреь=бление электричетва в час и усножаем на колоичество часов, прогнозируемых без жлектричества. Таким обрахом мы получим емкость аккумуляторов, которая нам необходима. Единственный нюанс, должен все-таки оставаться запас примерно 20-30% — чтобы не допустить полного разряда аккумуляторов.

Пример:

В доме периодически бывает отключение электричества не более чем на 5 часов. В это время в доме необходимо, чтобы работало: холодильник (средней мощностью 250Вт), светодиодных лампочек в количестве 10 штук (мощностью 5Вт каждая) и телевизора (10Вт). Можно в рассчет добавить и электрический чайник, но так как средняя пощность чайника 1-1,5 киловатт, а пусковой ток в 8-10 раз превышет мощность электроприбора, то мы чайник в рассчет брать не будем.

Считаем:

Холодильник – 250Вт х 5часов=1250 Вт/ч

Лампочки – 10шт х 5Вт х 5часов=250 Вт/ч

Телевизор – 100Вт х 5часов=500 Вт/ч

В сумме получается: 2000Вт/ч + запас в 20%. = 2200 Вт/ч.

Если мы рассматриваем стандартные аккумуляторы номинальным напряжением 12В, то легко рассчитываем нужную емкость – 2200Вт/ч / 12В = 184 Ач

2) Если аккумуляторы нужны для полностью автономного электроснабжения (например, с использованием солнечных батарей или ветрогенератора) — при отсутствии электричества вообще, то необходимо учесть электропотребление в период отсутствия напряжения от источника (в отсутствии солнца или ветра). При этом также нужно учесть запас емкости аккумулятора.

При использовании солнечных батарей, в зависимости от места расположения и времени года, доля потребленной суточной электроэнергии в отсутствии солнца варьируется 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.

Пример:

Семья 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, утром и вечером необходимо чтобы работали: холодильник (круглосуточно) + чайник, свет, телевизор, насос.

Холодильник – 250Вт

Лампочки – 10шт х 5Вт = 50Вт

Телевизор – 100Вт

В сумме за сутки получается: 400 Вт х 24 часа = 9600 Вт/ч

Днем аккумуляторы зараяжаются, а за вечернее, ночное и утреннее время, в среднем уходит около 70% от суточного потребления.

Следовательно, рассчитываем нужную емкость:

9600 Вт/ч * 70% = 6700 Вт/ч – это необходимое количество энергии.

Исходя из этого нужная емкость аккумуляторов будет равна:

6700 Вт/ч / 12В = 558 Ач, а если учесть, что аккумуляторы не должны разряжаться полностью, и им необходим запас мощности хотя бы 20%, получаем около 700Ач емкости аккумуляторов.

Данный рассчет является примерным и укрупненным, потому как лампочки круглые сутки гореть не будут, телевизор тоже не будет работать круглосуточно, а вот на холодильник необходимо оставить запас мощности.

На работу одного только холодильника необходимо:

250Вт х 24 часа = 6000 Вт/ч,

следовательно, 6000 / 12 = 500Ач — это емкость аккумуляторов для одного только холодильника.

В общем — больше всего емкости необходимо для холодильника, если все-же без него можно обойтись (хотя сомневаюсь), то затраты на аккумуляторы будут гораздо ниже.

О том как подобрать контроллер заряда для солнечных батарей, вы можете прочитать

Необходимость рассчитать ёмкость аккумулятора возникает у разных категорий людей. В первую очередь это касается автомобилистов, ведь это важный параметр машины. Так как устройство имеет свойство портиться, его свойства через какое-то время могут измениться. Большую роль это играет в случаях приобретения автомобиля с пробегом — неизвестно, насколько честен продавец. После аварии запчасти вполне могли быть заменены.

Расчёт ёмкости и мощности

Количество энергии, находящееся в батарее, называют её ёмкостью. Для измерения используют такие единицы:

  • ампер-час;
  • миллиампер-час.

Различаются они только точностью измерения. Например, ёмкость аккумулятора в тысячу миллиампер-час проработает с силой тока в тысячу миллиампер один час, а с показаниями в сто миллиампер — целых 10. Амперы — обобщающая единица, которая включает в себя 1 тыс. частей с приставкой «милли».

Есть два метода измерения ёмкости:

  • Для того чтобы вычислить ёмкость аккумулятора, нужно понять принцип действий. Сначала нужно полностью зарядить устройство, а затем измерить время разряда. Ёмкость — произведение часов на силу тока. Это не очень удобный метод для батарейки, ведь после такого эксперимента её можно будет только утилизировать.
  • Есть и другой способ. Нужно собрать схему, которая разрядит резистор до напряжения в один вольт, силу тока можно посчитать по формуле напряжения, делённого на сопротивление. Чтобы точно измерить время, можно подключить часы, которые перестанут работать при достижении порогового напряжения. Предварительно следует установить их на нулевую отметку. А также следует включить твердотельное реле, которое защитит устройство от полного разряда путём его отключения. Произойдёт это также при достижении минимально допустимого показателя вольт.

Рассчитать мощность аккумулятора можно при помощи той же формулы, однако напряжение и силу тока надо будет знать наверняка. Соберите цепь, включив в неё амперметр и вольтметр. Необходимо просто перемножить показания приборов. Если вольтметра нет, то можно обойтись значениями сопротивления. В таком случае мощность равна квадрату количества ампер, умноженному на число Ом.

Если отсутствует амперметр, то нужно число, измеренное вольтметром, умножить само на себя, а после поделить на сопротивление. Мощность в физическом смысле — это соотношение совершаемой работы на единицу времени.

Опыт пользователей

Аккумуляторные проблемы волновали меня ещё два года назад, когда у меня не было прав. Сначала никак не мог определить его ёмкость, потом разобрался. В учебном заведении предложили заняться проектом на свободную тему. Я решил изучить соответствие параметров, указанных на батарейках разных производителей, с их реальными характеристиками. Занимался этим как хобби, делал все ради интереса. Не думал, что это пригодится потом, когда я начну водить.

Конечно, я больше не разряжаю аккумуляторы полностью, пользуюсь более совершенными методами. Всегда включаю в сеть твердотельное реле, чтобы не было нужды разрежать накопитель полностью.

Александр Казаков

Это простая процедура, ведь формула ёмкости аккумулятора изучается ещё в восьмом классе. Конечно, не все в школьные годы любят физику и полагают, что она никак не пригодится им в жизни. Но большинство парней, да и девушек тоже, затем садится за руль. При вождении и уходе за автомобилем важно понимать основы механики и электричества, поэтому пренебрегать физикой не стоит. Но кто-то просто забывает полученные знания либо не может применить их на практике.

Впрочем, формулу силы тока иногда знают даже те, кто не учился в школе: I = U/R. Когда этот параметр известен, достаточно умножить его на время работы.

Виктор Шкурапетов

Всегда выполняю измерения, пользуясь полным разрядом. Считаю, что это единственный метод, который даёт достоверный результат, так что рекомендую только его. Конечно, иногда неудобно несколько часов заряжать устройство, в особенности — с большой ёмкостью, как в автомобилях. Однако альтернативы все равно не вижу. Тем более машина — механизм, за исправностью которого нужно внимательно следить. Никто не захотел бы остаться без света ламп ночью или в туман, ведь этому человеку пришлось бы дожидаться либо утра, либо помощи братьев-автомобилистов. Оба варианта — не очень приятное времяпрепровождение.

Андрей Колегов

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *