Время работы аккумулятора

Содержание

Время разряда батареи в зависимости от тока нагрузки

В аккумуляторных источниках емкость указывается из расчёта того, сколько АКБ может выдавать тока в стандартный промежуток времени. В том случае, если в специфике источника это время не указано, то в основном берется 20 часов. Например, если на АКБ емкость указана как 200 А*ч, то это можно расшифровать как то, что батарея способна питать током 10А на протяжении 20 часов.

Интересно то, что подобный расчёт времени работы аккумулятора применим не для большой нагрузки. В случае батарей была замечена необычная закономерность. Она заключается в невозможности отдавать большой процент емкости при большей нагрузке. Таким образом, получается, что при увеличении тока нагрузки уменьшается процент отдачи емкости со стороны АКБ. Например, источник в 200 А*ч будет выдавать ток в 200А на протяжении 15-30 минут, но никак не полноценного часа.

Интересный факт! Емкость АКБ, который разряжен большой нагрузкой, никуда не девается, а остается в батарее. Например, если батарея в 100 А*ч разряжена на 50А, то при ее заряде она потребит где-то 50 А*ч. Но, если оставить ее на некоторое время, то емкость восстановится за счет диффузии ионов в электродах источника.

Такой эффект связан с тем, что ток в аккумуляторе протекает под воздействием ионной проводимости. Если в электролите проводимость на достаточно высоком уровне и при этом не несет особых значений, то перенос ионов в пластинах АКБ и преодоление переносчиками фазового раздела из электрода и электролита будет происходит медленно. Другими словами, если батарея будет быстро разряжаться, некоторые ионы просто не будут успевать выйти в электролит из электрода или преодолеть это расстояние в обратном порядке за время разряжения. Именно это и будет ограничивать емкость аккумулятора при быстром разряде.

Такая анормальность была давно замечена. И для расчёта времени разряда используют куда более емкие формулы, в которые внесены поправки на такой эффект.

Методы расчета времени работы

Экспонента Пекерта

Для того, чтобы рассчитать время работы АКБ, стоит воспользоваться формулой Пекерта:

В формуле используются следующие обозначения величин:

  1. Т – временной промежуток, ч.
  2. С – коэффициент, вычисленный Пекертом, который обозначает емкость батареи при разряжении током величиной в 1А.
  3. I – ток, при котором совершается разряд.
  4. N – Экспонента Пекерта.

Экспонента в некоторых случаях сразу же указывается в документации или характеристиках аккумулятора. Она рассчитывается на основе данных с-рейтинга АКБ, т.е. емкости в разных временных промежутках разряда. Коэффициент Пекерта можно рассчитать самостоятельно по формуле:

Здесь R обозначает часовой рейтинг присущий емкости.

Формула Пекерта помогает максимально точно рассчитать время работы автономного источника питания.

Простая формула

Чтобы рассчитать, насколько хватит аккумулятора, можно использовать следующую формулу:

В ней используются следующие обозначения:

  1. Е – емкость используемого АКБ, А*ч.
  2. U – напряжение.
  3. Р – мощность нагрузки, Ватт.

Данная формула сильно упрощена. Ее можно использовать, чтобы быстро рассчитать примерное время (5-15 часов разряда) того, сколько будет работать источник. В этом уравнении нет поправок на снижение отдачи энергии батареи во время короткого разряда и увеличение этого же показателя на длительных периодах. Также здесь не учтены коэффициенты, которые позволяют дать максимально точные данные.

В случае с простым способом расчёта есть и более совершенная формула:

В ней используются такие обозначения, как:

  1. Т – время, на протяжении которого может работать источник питания, ч.
  2. U – Напряжение АКБ, Ватт.
  3. С – емкость аккумулятора, А*ч.
  4. К – количество используемых батарей для питания.
  5. H – Коэффициент полезного действия, применимый к преобразователю. Его показатели равняются 0.75-0.9, и довольно часто изменяются, так как показатель зависит от нагрузки.
  6. К1 – коэффициент задающий глубину разряда источника 0.8-0.9. Рекомендуется использовать меньшее значение (т.е. 80%).
  7. К2 – показатель доступной емкости.
  8. Р – мощность от нагрузки.

Такая формула позволяет посчитать более точное время работы автономного источника питания, но для более длительных разрядов от 60 минут. На непродолжительном разряде полученные данные будут сильно разниться с реальными показателями из-за наличия нелинейной функции разрядов в кислотно-свинцовых батареях.

Расчет по таблицам из спецификаций АКБ

Способ расчета времени работы аккумулятора по таблицам из спецификаций батарей позволяет получить точные результаты. Этот метод выяснения времени, сколько может работать АКБ делится на три этапа.

Вычисление полной мощности аккумулятора, от потребляемой мощности нагрузки на АКБ

В формуле применяются такие обозначения, как:

  • Р1 – мощность, кВт;
  • Соs(φ) – характеристика на коэффициент мощности;
  • К – степень прилагаемой нагрузки ИБП;
  • КПД инвертора.

Например, если взять ИБП мощностью в 120 кВт, который работает при нагрузке в 70%. А коэффициент мощности в 0.8, то получится следующий расчёт:

Именно такая нагрузка и пойдёт на ИБП при питании источника устройства от аккумулятора.

Расчеты нагрузки только на один АКБ

На этом этапе важно перерассчитать нагрузку именно на одну батарею. Потому что обычно в больших источниках бесперебойного питания используются несколько батарей, соединенных последовательно. Количество АКБ может варьироваться до 40 штук.

Формула для вычисления нагрузки на одну батарею при условии, что в цепочке 40 штук выглядит так:

Достаточно просто разделить предыдущий результат на количество элементов в цепи. Также в дата-листах АКБ указывают мощность только на один элемент, которых, как правило, 6 штук в 12В батареях. Из этого следует, что нагрузка примет такое значение:

Где Рэл – это мощность одного элемента.

Просмотр и изучение разрядных таблиц аккумуляторов и последующий подбор подходящего элемента

Базовой характеристикой каждой батареи считается ее энергоподача. Этот показатель указывает на количество выдаваемой мощности АКБ в определенный временной промежуток. В характеристических таблицах ориентиры идут на глубину разряда. Таблицы выглядят следующим образом:

Для примера были взяты две таблицы аккумулятора Дельта из двух серий. В ходе вычисления была выявлена нагрузка в 298Вт. По таблицам видно, что первый источник выдержит нагрузку почти 14 минут, а второй — 16. Очевидно, что выбор лучше делать на второй аккумулятор.

Проведение реальных разрядов

Самые точные показатели дает проверка проведением реальных разрядов. Но эта процедура очень длительная. Также не стоит забывать, что АКБ приобретает максимальную ёмкость только на 10 цикле заряд-разряд.

Узнать насколько хватает аккумулятора для питания той или иной техники достаточно просто. Формулы весьма легкие. Также существуют специальные калькуляторы, в которые достаточно вбить все необходимые данные.

Предлагаем Вашему вниманию простой онлайн-калькулятор, при помощи которого можно рассчитать, сколько времени проработает аккумулятор определенной емкости при указанном токе нагрузки. Это позволит правильно подобрать источник питания для различных электронных устройств, в том числе и собранных своими руками.

Введите значения в поля, и нажмите “Вычислить”. Результат покажет максимально возможное время работы Вашего аккумулятора.

Теоретически можно производить расчет по формуле: t=C_ак/I_н , где:

  • t – продолжительность «работы» аккумуляторной батареи (ч);
  • Сак – емкость аккумулятора (мА*ч);
  • Iн – ток нагрузки (мА).

Но, проблема заключается в том, что при увеличении нагрузки на АКБ, также увеличивается скорость разряда емкости. Например, аккумулятор емкостью 800 мА*ч при нагрузке 800 мА, будет работать не час, а несколько меньше. В связи с этим используется следующая формула для расчета: t=C_ак/(I_н × K_I ), то есть, добавлен коэффициент KI, это табличное значение, подбираемое в зависимости от типа АКБ. В данном онлайн-калькуляторе используется усредненное значение коэффициента KI, равное 1,428.

Для получения результата достаточно ввести емкость АКБ (в мА*ч) и ток нагрузки (в мА). После этого нажать кнопку «Вычислить» и ознакомиться с результатом.

>Расчет времени работы инвертора от аккумулятора

Онлайн калькулятор

В системах бесперебойного или резервного питания используются только аккумуляторов глубокого цикла. Они отличаются от обычных автомобильных батарей способностью к продолжительной зарядке и разрядке. Поэтому большое значение имеет расчет времени работы инвертора от аккумулятора, поскольку современные модели способны эксплуатироваться в течение 12 лет и более. Для проведения таких расчетов потребуются исходные данные.

В первую очередь нужно уточнить количество электроприборов и мощность, потребляемую ими. Чем выше емкость батареи или системы аккумуляторов, тем дольше будет работать подключенное оборудование при отсутствии централизованного электроснабжения. Для того чтобы рассчитать время автономной работы инвертора, нужно знать количество и емкость аккумуляторов, а также мощность, которую потребляет нагрузка в течение часа.

Вначале следует определить общую емкость используемых аккумуляторов. Например, в системе имеется 12 батарей по 12 вольт, с емкостью каждой из них 200 ампер-часов. В результате получается 12 х 12 х 200 = 28800 Вт/ч. У новых батарей максимальный КПД составляет 95%, то есть с учетом коэффициента потерь получается 28800 х 0,95 = 27360 Вт/ч. Значение среднечасовой нагрузки составляет 1320 вт. Получается время работы инвертора от аккумуляторной батареи 27360/1320 = 20,7 ч или в округленном виде – 20 часов.

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:

Q = I*T,

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:

Q = W/4

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:

Q = T/2

где Q – емкость аккумулятора (А*ч);

T – резервная емкость аккумулятора (мин).

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:

Наличие в машине автомобильного инвертора преобразующего постоянное напряжение 12 Вольт бортовой сети в переменное 220 Вольт позволяет использовать в дальней дороге привычные бытовые приборы и делает жизнь в походно-полевых условиях более комфортной. Однако тут все зависит от времени работы инвертора.

В тоже время, если есть такая возможность, то в автомобиль лучше приобрести и использовать электроприборы, способные нормально заряжаться или работать непосредственно от розетки прикуривателя или специальной встроенной розетки 12V. Это не только более удобно, но и позволит сберечь автомобильный аккумулятор и продлить срок его службы.

Или другой случай. Например если есть необходимость в питании для ноутбука, то нет никакого смысла подключать его к бортовой сети автомобиля через инвертор. Зачем сначала преобразовывать постоянное напряжение 12 Вольт в переменное 220 Вольт, а затем с помощью блока питания ноутбука обратно в нужное для его работы постоянное? Более практично будет подключить ноутбук напрямую в розетку прикуривателя через какой то универсальный блок питания-автоадаптер.

Расчет времени работы устройств через инвертор от аккумулятора автомобиля без запуска двигателя.

Теоретически, в каждом конкретном случае это время работы инвертора следует рассчитывать отдельно, исходя из множества величин и условий :

— Емкости автомобильного аккумулятора.
— Его состояния, степень заряда и износа.
— Условий использования, в том числе и погодных.
— Мощности подключаемых устройств и потребляемой ими силы тока.
— Типа нагрузки
— И так далее.

Но даже в этом случае, совершенно точный расчет времени работы инвертора будет невозможен, так как он зависит еще и от множества других объективных и субъективных факторов. Да он и не нужен особо, зачем вообще забивать себе голову такими сложностями? В нашем случае нужны простейшие, пусть даже они и будут очень приблизительными, расчеты. Ведь самое главное, это не разрядить до конца аккумулятор автомобиля..

В дальнейших расчетах времени работы инвертора будем отталкиваться, прежде всего, от емкости аккумулятора. Номинальная емкость аккумуляторной батареи измеряется в ампер-часах и обозначена на ее корпусе. Реальная же емкость аккумулятора зависит от того, насколько он разряжен и, в немалой степени, от температуры окружающей среды.

Расчет времени работы инвертора от аккумулятора без запуска двигателя автомобиля по значениям напряжения.

При использовании автомобильного инвертора для питания устройств непосредственно от аккумулятора автомобиля без запуска его двигателя, надо четко представлять себе время, которое он может проработать без ущерба для аккумуляторной батареи. И не разрядить ее до такого состояния, когда запуск двигателя стартером будет затруднителен или вообще невозможен.

Аккумулятор автомобиля не рекомендуется разряжать более чем на 50% в теплое и более чем на 25% в холодное время года. Иначе могут возникнуть сложности с запуском двигателя. Для определения степени разряженности можно использовать сильно упрощенный метод на основе значений напряжения аккумулятора.

Хотя этот способ и не точный, но зато требует только наличия цифрового вольтметра, способного измерять десятые доли вольта. А такой наверняка будет в любом бортовом компьютере автомобиля. В вольтах, эти значения можно обозначить весьма-весьма приближенно и неточно — для 50% разряженности это будет составлять около 11.6 Вольта, а для 25% — около 12.0 Вольт.

В идеале, автомобильный инвертор должен иметь встроенную функцию информирования о снижении напряжения аккумулятора до критического предела. Если такая функция есть, то следует посмотреть, какие значения напряжения производитель считает предельно низкими.

Дело в том, что на некоторых моделях инверторов эти значения составляют 9,7-10,3 Вольта, а это практически 100 % разряд аккумулятора. Поэтому желательно почаще смотреть на вольтметр или показания бортового компьютера и не давать упасть напряжению ниже 11.6 Вольт в теплое время года, и 12.0 Вольт — в холодное.

Расчет времени работы инвертора от аккумулятора без запуска двигателя автомобиля по формулам.

Расчет времени работы инвертора от аккумулятора без запуска двигателя по каким то формулам обычно бывает очень и очень не точен. Прежде всего по той причине, что какая то линейная зависимость в падении напряжения АКБ до минимально допустимых значений отсутствует.

По той причине, что в процессе работы инвертора на аккумулятор влияют очень много неизвестных и заранее не прогнозируемых факторов, которые описаны выше. Однако, как бы там не было, расчет времени работы инвертора по формуле вполне возможен.

Для примера и наглядности расчетов времени работы инвертора возьмем следующие данные :

— Емкость аккумулятора 60 ампер-часов.
— Питаемое устройство — ноутбук Lenovo G550. Входное напряжение у которого 19 В, потребляемая сила тока — 3.42 А, и соответственно мощность — 19х3.42 = 64.98 ватт (округлим до 65).
— Автомобильный инвертор обычно имеет КПД около 85% (точнее указано в инструкции), то есть если к нему подключена нагрузка 100 Ватт, то от аккумулятора он будет потреблять 115 Ватт.

Вычисление времени работы производим по формуле T (час) = Ah (ампер-час) х V (вольт) х N (0.85) х K (коэффициент 0.5 или 0.25) / P (ватт), в которой :

T — время работы подключенного устройства в часах.
Ah — емкость аккумулятора автомобиля в ампер-час.
V — минимально допустимое напряжение аккумулятора автомобиля в вольтах.
N — КПД инвертора, берем значение в 85%, в формуле — 0.85.
K — максимальный процент допустимой степени разряженности аккумулятора автомобиля в зависимости от температуры воздуха : 0.5 или 0.25.
P — мощность подключенного к инвертору устройства в ваттах.

В итоге получаем :

— для теплой погоды : Т = 60х11.6х0.85х0.5/65 = 4.5 или 4 часа 30 минут.
— для холодного времени года : Т = 60х12х0.85х0.25/65 = 2.3 или 2 часа 18 минут.

Все написанное выше, будет верно для устройств, потребляющих постоянную мощность равную номинальной и обозначенной на них. А вот для приборов, потребляющих номинальную мощность, только в момент включения или прикладывания нагрузки, рассчитать время работы от аккумулятора намного сложнее. Потому что процессы сверления, распиливания и т.д. обычно кратковременны, но в любом случае, аккумулятора для них хватит на более продолжительное время работы.

Расчет времени работы инвертора от аккумулятора автомобиля при заведенном двигателе.

Если аккумулятор при работе инвертора разрядился до «нижнего предела», то казалось бы чего проще — завел двигатель и пользуйся инвертором дальше. Теоретически это так, при запущенном двигателе и работающем генераторе, в том случае, если мощность генератора больше или равна мощности подключенной нагрузки — время работы устройств через инвертор практически не ограничена. И зависит лишь от вашего желания или наличия топлива в баке автомобиля.

В принципе, выдаваемую генератором мощность при заведенном двигателе посчитать не проблема. Берем среднее напряжение в 13.6 Вольт и умножаем на ампераж генератора, например 80 А. Получаем 13.6х80 = 1088 Ватт. То есть, теоретически получается, подключай нагрузку к инвертору в 800-1000 Ватт и ни о чем не беспокойся, пока бензин не закончится. Практически же, все немного сложнее.

Дело в том, что автомобильный генератор развивает свою номинальную мощность только при соответствующих оборотах. А достаточное для зарядки аккумулятора напряжение будет выдавать только от 2000 об/мин и выше. Обороты же холостого хода, как правило, 800-900 об/мин. Поэтому рассчитывать на теоретически посчитанные 1088 Ватт не стоит. Кроме того, у генератора будут еще и свои потребители, которым он отдаст часть своей мощности. Да и уже разряженный аккумулятор, если не отключить инвертор с подключенной нагрузкой, скорее будет медленно, но разряжаться, чем полноценно заряжаться.

А постоянно гонять двигатель на оборотах больше 2000 разве оно того стоит? Если же присутствует очень сильная необходимость в длительной работе приборов и устройств через инвертор в автономных условиях, то тогда не лучше ли посмотреть в сторону небольшого бензинового или дизельного генератора на 220 Вольт и необходимой мощности?

Тип АКБ

Для систем бесперебойного или резервного электроснабжения подойдут только батареи глубокого цикла. В отличие от стартерных (автомобильных) аналогов они способны переносить длительные зарядку и разрядку.

Изделия долговечны. Ресурса современных моделей хватает на 12 и более лет эксплуатации. Автомобильный аналог выйдет из строя после 10 разрядок.

Аккумуляторные батареи глубокого цикла бывают:

  • гелевыми (GEL), электролит представляет собой гелеобразную массу;
  • свинцово кислотными (AGM), электролит находится в порах пластин, изготовленных из тонких стеклянных волокон.

Оба вида батарей имеют свои достоинства и недостатки.

Гелевые модели отличаются более высоким КПД. Устройства можно размещать в любом положении, т. к. жидкий электролит отсутствует. Возможна даже работа инвертора от аккумулятора с поврежденным корпусом. GEL-технология была разработана для авиационной и военной промышленностей. По статистике гелевые батареи работают чуть дольше AGM-аналогов в циклическом режиме эксплуатации.

К недостаткам оборудования относят: необходимость поддержки точного тока подзарядки (гелевые батареи применяют с микропроцессорными контроллерами) и возможность разбухания и взрыва АКБ при закипании электролита.

В AGM-аккумуляторах вышеперечисленные недостатки отсутствуют. К достоинствам батарей этого типа также относят высокую стойкость к глубоким разрядам (устройства выдерживают более 600 таких циклов).

AGM-технология обеспечивает поддержание стабильно высокой силы тока при любой степени заряда батареи. Еще одно достоинство таких АКБ — низкий саморазряд. За год простоя емкость уменьшится всего лишь на 20 %.

Расчет времени автономной работы системы резервного электроснабжения

Расчет мощности инвертора потребует построения специальной таблицы. В два столбца внесите список электроприборов и потребляемую ими мощность. Получится примерно так.

Чем выше емкость АКБ или системы батарей, тем дольше проработает подключенное оборудование при отсутствии централизованного электроснабжения или доступа к другим источникам энергии.

Для расчета времени автономной работы инвертора напряжения от аккумуляторов нужно знать:

  • емкость и количество батарей;
  • мощность, потребляемую нагрузкой в течение часа.

В процессе расчетов следует учитывать тот факт, что максимальная мощность электроприборов не отражает реальную нагрузку на АКБ. Устройства включаются и выключаются. Во многих случаях потребляемая оборудованием мощность находится гораздо ниже максимального значения.

Рассмотрим пример. В данном случае к инвертору подключены:

  • электрический чайник;
  • холодильник класса А;
  • 15 энергосберегающих ламп;
  • двигатель и система управления откатных ворот;
  • котел с принудительной горелкой;
  • 4 циркуляционных насоса системы отопления;
  • скважинный насос.

Вычисляем среднечасовую норму энергопотребления приборов. Получаем следующее.

Прибор Среднечасовое потребление
Электрический чайник 2кВт, кипятящий воду в течении 6 мин, т.е. 1/10 часа (при условии, что он включался только оди раз за этот час) 200 Вт/ч
Холодильник А-класса 70 Вт/ч
Энергосберегающие лампы освещения (каждая по 20 Вт/ч), допустим, всего горит 15 ламп 300 Вт/ч
Ворота 1,5 кВт, время открытия и закрытия — 1 минута (2часа = 1/30 часа) 50 Вт/ч
Котел с принудительной горелкой 100 Вт/ч и 4 циркуляционных насоса отопления по 75 Вт/ч каждый 400 Вт/ч
Насос скважины 3 кВт, включается 3 раза на 2 мин в течение часа (6 мин = 1/10 часа) 300 Вт/ч
Итого в сумме: 1320 Вт/ч

Теперь рассчитаем общую емкость имеющихся аккумуляторов. Допустим, в системе 12 12-вольтовых АКБ (емкость каждой — 200 апмер-час). Получаем 12*12*200 = 28800 Ватт/ч.

Учитываем коэффициент потерь. В примере рассмотрены новые аккумуляторы. КПД максимальный – 95 %. Получаем 2800*0,95=27360 Вт/ч.

Теперь разделим это значение на среднечасовую нагрузку и в итоге получим время работы инвертора от аккумулятора. 27360/1320 = 20,7 ч. Округлим результат в меньшую сторону. Получилось, что ресурса системы батарей хватит на 20 часов автономной работы подключенного оборудования.

В данном примере мы рассмотрели типовой (теоретический) расчет. На время автономной работы устройств влияет множество разных факторов. Среди них:

  • возраст и степень заряда аккумуляторных батарей;
  • температура окружающей среды;
  • реальный режим эксплуатации подключенной техники;
  • и др.

Добавить комментарий

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