Расчет реальной емкости аккумулятора в зависимости от нагрузки. Расчет аккумулятора


Время разряда аккумулятора авто | Онлайн калькулятор расчета

лампочка разряженного аккумулятора

Какое время разряда аккумулятора — это интересует многих автовладельцев. Особенно если с утра обнаружилось, что забыл выключить свет, а при попытках запуска двигателя выясняется – батарея полностью посажена. Вот тогда-то и возникает вопрос: «могла ли лампочка освещения салона или габаритного света посадить аккумулятор или это какая-то неисправность?». Забегая наперед, ответ однозначный – конечно могла, особенно если это зима и у АКБ не было 100% заряда.

Чтобы не завестись буквально через день, достаточно всего лишь иметь утечку тока 100 и более миллиампер, что уж и говорить об источнике потребление в 400-700 мА. Убедится в этом можно подсчитав номинальное время разряда аккумулятора автомобиля. Формула расчета имеет такой вид:

T=Ёмкость (АКб) / Ток потребителя

Наш онлайн калькулятор позволит рассчитать на сколько хватит аккумулятора при включенном источнике потребления тока, когда вы его случайно забыли или намеренно оставили работать. Расчет будет произведен с учётом номинальной ёмкости аккумулятора, мощности потребителя и естественной утечке тока в состоянии покоя.

При малых токах потребления, емкий аккумулятор может обеспечить большее время работы. Естественно, чем больше емкость аккумулятора, тем больше время работы, но и заряжать генератору тогда придется дольше. А значит, поездка на короткую дистанцию не позволит ему быстро восстановится. В зимнее время это может привести к отказу запуска двигателя стартером.

Время разряда аккумулятора

разряд аккумулятора авто

Как посчитать время разряда аккумулятора можно понять разобрав конкретный пример. Допустим, в бортовой сети автомобиля включен потребитель мощностью 120 Ватт. По закону Ома можно подсчитать, что в час он высасывает из аккумулятора 10А. То-есть, если в машине стоит батарея на 55 Ач, то полный её разряд наступит не более чем через 5,5 часов. Но это лишь приблизительное вычисление, так как есть еще другие факторы, которые будут влиять на потребление тока. Заметим, что для того, чтобы машина не завелась, достаточно 15-25% остатка, а это часа 4.

Таблица времени разряда батареи при минимальном потреблении:

Процент разряженности (%)102030405060708090100
Время разряда (ч)*7142026323945525864

*Для расчета были взяты минимальные значения утечки тока в 20 мА и мощность автомобильной лампы 10W от АКБ емкостью 55Ah.

Те данные о 20 часах работы аккумулятора, что указаны на его этикетке, заложены в расчете на ток равный 0,05 от ее емкости.

Время разряда аккумулятора автомобиля

Допустимый разряд аккумулятора

Допустимый разряд автомобильного аккумулятора до 30% от первоначальной емкости (напряжение не ниже 11,8В). Заметьте, что при таком уровне можно запустить двигатель лишь при плюсовой температуре. В зимнее время не допускайте даже 50% процентной разряженности (12,1V).

Как пользоваться калькулятором расчета времени разряда

Используя элементарную формулу, можно посчитать на сколько хватит аккумулятора и на обычном калькуляторе, но нужно знать точное значение мощности потребления, а также добавить к нему утечку. Поэтому, куда быстрее можно узнать время разряда аккумулятора в зависимости от тока нагрузки, отметив галочками нужные потребители. Для подсчета нужно:

  1. В поле «Емкость АКБ» указать номинал батареи.
  2. В ячейке «Утечка тока», можно указать как среднестатистическую – 25-35 мА, так и проверив мультиметром. Чтобы посчитать допустимое значение, воспользуйтесь онлайн-калькулятором. Который, в зависимости от того, какие у вас имеются потребители – покажет предполагаемое нормальное значение утечки в состоянии покоя.
  3. Отметьте галочками (выберите из списка) необходимые потребители, включение которых повлекло разряд (или есть потребность посчитать время работы АКБ). Мощность ламп рассчитана на стандартный номинал.
  4. В поле «Мощность потребителя» цифра будет меняться в зависимости от выбранных источников. Либо можно ввести самостоятельно известное число в ваттах либо силе тока – амперах.
  5. По нажатию кнопки «Рассчитать» вы получите результат времени в часах.

Данный расчёт времени разряда АКБ является ориентировочным, так как в полной мере химические и электрические процессы в аккумуляторе не поддаются строгому математическому анализу.

Для справки, какую мощность имеет тот или иной потребитель, можно взять данные из таблицы.

Таблица потребителей тока в автомобиле

ПотребительМощность (Вт)Требуемый ток (А)
Передние габариты5 x21-2
Фары дальнего/ближнего света55 x27-10
ПТФ55 x27-10
Задняя противотуманная лампа 21 x22–3,5
Стояночные огни5 x21-2
Задние габариты5 x21-2
Подсветка номера20,17
Стоп-сигнал5 x21-2
Аудиосистема5-250,5-2
Стеклоочистители605
Обогрев стекла1205-10
Подогрев сидений85-1607-14
Вентилятор печки80-2006-16
Автономный отопитель60-1205-10
Система зажигания202-4
Управление двигателем (ЭБУ)101-2

etlib.ru

Расчет емкости аккумуляторных батарей ИБП

Многие проектировщики при выборе ИБП допускают очень серьезные ошибки. Одно дело, когда вы выбираете источник бесперебойного питания для своего компьютера и совсем другое, когда ИБП будет отвечать за системы безопасности в общественных зданиях.

Должен признаться, выбору ИБП раньше я сам не уделял должного внимания. А самое обидное, что даже в экспертизе не обращали на это внимание. Очень часто приходилось ставить маломощные ИБП в мини-котельных.

У меня сейчас в работе несколько объектов с мини-котельными. А при проектировании мини-котельных в РБ нужно учитывать следующее:

Электроснабжение систем контроля загазованности и контроля концентрации окиси углерода должно быть не ниже I категории надежности согласно ПУЭ. При наличии одного источника электропитания допускается использовать в качестве резервного источника питания электроприемников системы контроля устройства электроснабжения, обеспечивающие бесперебойное питание указанных электроприемников в дежурном режиме — в течение 24 ч и в режиме «Тревога» — не менее 1 ч. При применении в качестве резервного источника электропитания устройств электроснабжения аккумуляторных батарей их емкость определяется расчетом.

В одной мини-котельной ИБП заложил автоматчик, в другой – подбирал я, а в третьей – еще не получил задание =)

Причем автоматчик выбрал ИБП просто по мощности и не указал емкость аккумуляторных батарей. Я считаю, это серьезная ошибка проектировщика, т.к. в нашем случае в нормах четко прописано, какая должна быть емкость АКБ.

На примере проектирования кофе с мини-котельной (объект сейчас в экспертизе), расскажу, как я рассчитывал емкость ИБП.

Для начала нужно определить, какое оборудование должно быть подключено от ИБП. Не следует питать от ИБП оборудование III-й категории электроснабжения, т.к. это очень сильно может повлиять на стоимость источника питания.

Если вам выдают задание смежники, то нужно запросить потребляемую мощность в дежурном режиме и режиме «Тревога».

Дежурный режим – это нормальный режим работы.

Режим «Тревога» — это работа систем безопасности в аварийном режиме. Например, во время утечки газа, во время пожара и т.п.

При выборе ИБП особое внимание нужно уделять такому техническому параметру, как емкость АКБ.

Емкость АКБ измеряется в [А*ч] и показывает, какое количество электроэнергии содержит тот или иной аккумулятор. А это значит, от емкости АКБ зависит время автономной работы системы электроснабжения.

Когда мы определили мощность в дежурном режиме и режиме «Тревога», нужно посчитать потребляемый ток.

В моем случае, потребляемый ток в дежурном режиме — 0,25А,  потребляемый ток в режиме «Тревога» — 0,5А.

Емкость АКБ определяется по формуле:

Сmin=1,25*(Tд*Iд+Tт* Iт)

Сmin – минимальная емкость АКБ;

Tд – время работы в дежурном режиме, ч;

Tт – время работы в режиме «Тревога», ч;

Iд – потребляемый ток в дежурном режиме, А;

Iт — потребляемый ток в режиме «Тревога», А;

1,25 – коэффициент запаса.

Исходя из этого, емкость аккумуляторных батарей:

Сmin=1,25*(24*0,25+0,5)=8,1А*ч.

Для моей мини-котельной необходим ИБП мощностью не менее 100 Вт и емкостью не менее 8,1А*ч. Но, мощность источника питания тоже должна быть с запасом. Для маломощных ИБП Кз я беру 2-3.

Получив эти расчетные данные можно подобрать конкретный ИБП с необходимой емкостью АКБ.

Советую почитать:

Вы можете пролистать до конца и оставить комментарий. Уведомления сейчас отключены.

220blog.ru

Калькулятор онлайн расчета времени на заряд аккумулятора

Сколько времени нужно заряжать телефон, ноутбук или другую технику, где используются аккумуляторные батареи? Желаете знать, а ведь это можно подсчитать очень быстро и просто онлайн калькулятором. Сколько же нужно заряжать по времени АКБ? Ёмкость батареи измеряется в миллиамперах на час, ее производители пишут на корпусе изделия, а на зарядном устройстве еще указаны данные о генерации тока согласно этого прибора (Мл.а). Если разделить емкость на зарядный ток, то получится время в часах. Но это еще неокончательный результат, ведь нужно учитывать КПД прибора, то есть умножить результат деления на 1,4.

Расчет зарядки аккумуляторных батареек будет выглядеть следующим образом: T=1,4 C/I. Здесь имеются показатели время зарядки, емкость и ток зарядного устройства. На практике эти данные могут отличаться на процентов 20, ведь время зарядки аккумуляторных батареек зависит от качества изделий, правильного форматирования и температуры окружающей среды.

Самый простой способ – использовать прибор с автоматическим контролем, но и в этом случае может происходить дозарядка медленным током, потому не нужно оставлять батарею на зарядном устройстве после полного заряда.

У каждого подобного изделия есть свое время жизни, которое определяется числом циклов перезаряда. Это значение зависит от типа аккумулятора. Потому, если постоянно недогружать прибор, то можно существенно сократить время эксплуатации изделия. Чтобы сохранить его в целостности и использовать долгое время необходимо сделать правильный  расчет времени зарядки аккумуляторных батареек

Эффективный калькулятор онлайн

Беспокоит вопрос, сколько часов нужно заряжать аккумуляторные батарейки, есть логический и простой ответ. Благодаря несложной формуле подсчета результата можно за несколько секунд получить необходимые данные. Для этого нужно ввести в таблицу параметры емкости батареи и ток зарядного. Нажать кнопку «рассчитать» и принять готовый ответ.

Внимание: полученное значение необходимо умножить на коэффициент больше 1, ведь часть энергии переходит в тепло и теряется, особенно при температуре ниже нуля. При расчете времени заряда аккумуляторов из никеля подходит процентное соотношение 1,4.

Напряжение разряда аккумулятора не должно быть менее 0,9в независимо от тока разряда. В большинстве устройств пороговое значение определяется автоматически.

Можно прерывать заряд, но общее значение не должно быть меньше расчетного.В процессе заряда может нагреваться корпус прибора, предельная температура – 55 градусов. При этом устройство переключается из основного режима заряда в дозарядное. Температура снижается и процесс обновляется.

А сколько нужно заряжать аккумуляторные батарейки после приобретения?

При покупке нового прибора зарядка осуществлена наполовину, а потому первые три раза необходимо полностью разрядить устройство, до полного его отключения, а потом зарядить на полную мощность около 12 часов, следуя вложенной инструкции от производителя. Полностью аккумулятор заряжается за 3- 4 часа, а в последующее время идет подзарядка медленным током до полного предела. После трех полноценных циклов перезарядки прибор входит в рабочий режим, и нет необходимости ждать его полного разряда или заряда.

Онлайн-расчет времени зарядки батареи на нашем сайте поможет очень быстро получить необходимый результат, который подскажет каждому пользователю сколько надо заряжать аккумуляторные батарейки, дабы они функционировали бесперебойно долгое время.

sdelalremont.ru

Расчет времени автономной работы ИБП от аккумуляторов

Как профессионально и точно рассчитать время автономной работы бесперебойника или других потребителей от аккумуляторных батарей?

Точный расчет времени автономной работы от аккумулятора при помощи математических выкладок занятие нетривиальное. В связи с этим, мы упростили задачу, реализовав алгоритм расчета в  калькуляторах:

Однако давайте рассмотрим подходы к определению времени автономной работы.

1) Простая формула

Т = E • U / P

где:

  • Е - емкость аккумулятора в Ач
  • U - напряжение
  • P - мощность нагрузки в Вт.

Это сильно упрощенная формула, которая дает очень приблизительный результат при разрядах в диапазоне 5-15 часов. Подходит для того, чтобы быстро в уме прикинуть время автономии. Алгоритм не учитывает снижение энергоотдачи АКБ на коротких разрядах и увеличение на длинных, а также различные коэффициенты.

Существует усовершенствованная формула с коэффициентами:

Т = Uаб * Сак * К * h * Кр * Кg / Рнагр

где:

  • Т – время автономной работы источника бесперебойного питания, ч;
  • Uаб – напряжение аккумуляторной батареи, В;
  • Сак емкость аккумуляторной батареи, Ач;
  • К – количество аккумуляторов в цепи;
  • h – КПД преобразователя (h=0,75-0,9), часто меняется от величины нагрузки;
  • Кр – коэффициент глубины разряда 0,8 –0,9 (80%-90%), следует считать 80%;
  • Кg – коэффициент доступной емкости (зависит от режима разряда и температуры, см. характеристики АКБ )
  • Рнагр – мощность нагрузки.

Этот алгоритм даёт относительно точные результаты, но для длительных разрядов от 1 часа и выше. На коротких разрядах результаты могут быть сильно искаженными из-за нелинейной функции разряда свинцово-кислотных АКБ. Похожий метод мы использовали в статье Расчет автономной работы потребителя от аккумуляторов.

2) Формула Пекерта

T=Cp/I^n

где:

  • T – время в часах
  • Cp  – емкость Пекерта (ёмкость АКБ при разряде током 1А)
  • I – ток разряда
  • n – экспонента Пекерта

Экспонента Пекерта иногда указывается в характеристиках АКБ, и рассчитывается она на основании данных C-рейтинга аккумулятора (емкость на разном времени разряда). Емкость Пекерта рассчитывается по формуле – Ср=R(C/R)^n (R – рейтинг в часах, соответствующий данной емкости, например, 10).

На базе этой формулы с учетом КПД инверторов и глубины разряда основаны наши калькуляторы. Они с высокой точностью рассчитывают время автономии как на коротких, так и на длинных разрядах.

3) Расчет по таблицам из спецификаций АКБ

Профессионально и точно можно рассчитать время автономии используя разрядные таблицы аккумуляторов. Опишем алгоритм по шагам:

Шаг 1. Расчет полной мощности в мощность нагрузки на аккумуляторы

Ракб= (Pнагр*cos(φ)*Кнагр)/КПДинв

где:

  • Pнагр – мощность в кВа
  • cos(φ) – характеристика коэффициент мощности (характеристика нагрузки)
  • Кнагр – степень загрузки ИБП
  • КПДинв – коэффициент полезного действия инвертора

Для примера возьмем ИБП мощностью 120кВа работающий на нагрузке 70% с коэффициентом мощности 0.8:

Ракб= (120000*0,8*0,7)/0,94=71  489Вт  - именно эта нагрузка ляжет на весь аккумуляторный банк при питании ИБП от АКБ.

Шаг 2. Расчет нагрузки на один аккумулятор

Пересчитаем нагрузку на один АКБ. Как правило, в крупных ИБП аккумуляторы соединяются последовательно кол-вом 32-40шт. Для расчета нагрузки на на одну батарею при 40АКБ:

71  489Вт/40=1  788Вт.

В дата-листе аккумуляторов как правило указывается мощность на элемент (Pэл), которых 6шт. в 12В АКБ. Следовательно:

Pэл = 1788/6 = 298Вт.

Шаг 3. Изучение разрядных таблиц батарей и подбор.

В статье Как правильно выбрать аккумулятор для ИБП мы рассматривали подвиды аккумуляторов в разрезе различного целевого использования. Одна из базовых характеристик – это энергоотдача, т.е. сколько способен отдать мощности АКБ за определенное время.

Давайте посмотрим разрядные таблицы 100Ач аккумуляторов Delta двух различных серий.

Delta DTM 12100 l:

dtm12100Delta HRL 12100:

hrl12100

Напомним, что наша нагрузка на элемент 298Вт. Глубина разряда – 10,8В или 1,80В на элемент.  Таким образом, из данных таблиц, можно сделать вывод, что DTM 12100 l продержит нагрузку около 13,8 минут (можно считать пропорционально, искажения минимальны), Delta HRL 12100 – 16,3 мин. разница порядка 15%. Кстати, разница в цене приблизительно аналогична.

4) Проведение реальных разрядов

Конечно, идеальным является проведение реальных разрядных тестов. Необходимо учитывать, что аккумуляторы набирают максимальную емкость к 10-му циклу заряда-разряда.

 

 

tok-shop.ru

Расчет реальной емкости аккумулятора в зависимости от нагрузки

Для указания номинальной емкости производители используют расчет выдаваемого аккумулятором тока в течении стандартного времени (если не указано значение этого времени в спецификациях, то оно обычно равно 20 часам для больших аккумуляторов). То есть, если в маркировке аккумулятора указано, что его емкость равна 100А*ч, то это означает, что он может питать нагрузку током 5А в течение 20 часов.

Все бы было хорошо, но имеется одна не очень приятная закономерность: чем больше нагрузка на аккумулятор, тем меньше процент отдаваемой емкости (аккумулятор 100А*ч может выдавать ток 100А не в течении 1 часа, а в течение намного меньшего времени – очень может быть, и 30 минут).

Причина этого явления связана с тем, что внутри аккумулятора ток течет благодаря ионной проводимости. Если ионная проводимость электролита достаточно высока и не несет особого значения, то процесс переноса ионов внутри пластин аккумулятора и преодоление ими фазового раздела поверхность электрода/электролит происходит достаточно медленно. То есть при быстром разряде какая-то часть ионов не успевает выйти из электрода в электролит (или войти из электролита в электрод) за время разряда, что ограничивает выдаваемую аккумулятором емкость.

Математическая модель этого процесса была описана в 1897 году Пекертом (Peukert). Он эмпирически установил, что отношение между разрядным током I и временем разряда аккумулятора T (от полностью заряженного к полностью разряженному) представляет собой константное отношение, и может быть описано формулой:

Cp = In * T

где Cp – емкость Пекерта (константное отношение для данного аккумулятора), а n – экспонента Пекерта. Экспонента Пекерта всегда больше единицы, чем больше n, тем меньше способность аккумулятора отдавать полную емкость при повышенной нагрузке. Наименьшее значение экспоненты Пекерта имеют литий-железные, литий-марганцевые, литий-полимерные и свинцово-кислотные аккумуляторы с электродами рулонного типа. Одно из самых больших значений n у недорогих тяговых свинцово-кислотных батарей.

Экспонента Пекерта обычно расчитывается на основании измерения времени полного разряда (T1 и T2) для двух разных токов(I1 и I2). Для приблизительных расчетов можно использовать таблицы или графики разрядки, предоставляемые производителем аккумулятора. Так как Cp – константа, мы можем записать такое уравнение:

Cp = I1n * T1 = I2n * T2

преобразуя выражение, получаем формулу расчета экспоненты Пекерта:

n = log(T2/T1)/log(I1/I2)

Основываясь на знании значений экспоненты Пекерта и емкости Пекерта можно рассчитывать время работы аккумулятора при определенной нагрузке:

T = Cp/In

Существующие продвинутые мониторы состояния батарей (в составе системы управления батареей, BMS) в своих расчетах, скорее всего, используют данные уравнения. Однако, все не так просто: обычно потребляемый ток меняется во времени, бывают длительные перерывы в работе аккумулятора, а также константные значения емкости и экспоненты Пекерта меняются в процессе работы аккумулятора (и их приходится время от времени пересчитывать для получения реальных показаний монитора). Это особенно ярко видно на примере "цифрового эффекта памяти" в литий-ионных батареях для ноутбуков – при эксплуатации в условиях частичного заряда/разряда отмечается постепенное уменьшение времени работы от аккумуляторной батареи, из-за несоответствия оставшейся емкости, рассчитанной системой управления батареей, реальной. Эффект "цифровой памяти" нивелируется полным зарядом с последующим полным разрядом аккумулятора раз в 30-50 циклов (ноутбуки необходимо разряжать при входе в настройки BIOS, после отключения из-за разряда аккумулятора сразу же зарядить).

Описанная выше система мониторинга достаточно сложна, и многие производители BMS, возможно, довольствуются измерением скорости падения вольтажа на аккумуляторе в процессе разряда. Для систем с примерно постоянной во времени нагрузкой эти BMS должны давать достаточно точные результаты, и, в то же время, могут усиливать эффект "цифровой памяти" при неравномерном потреблении тока.

Я так много описывал феномен уменьшения емкости батареи при разряде большими токами, что чуть было не упустил вопрос, который задал бы мне пытливый читатель: "А куда девается та емкость, которая не была отдана аккумулятором?" Ответ простой: "Остается в аккумуляторе..." То есть, если батарея 100А*ч полностью разрядилась под нагрузкой 50А за час, то и при заряде она потребит около 50А*ч. Если батарея 100А*ч, полностью разряженная током 50А за час, постоит несколько часов, то постепенно восстановится утраченная емкость (за счет диффузии ионов в электродах аккумулятора), и из нее можно будет извлечь еще немного ампер-часов.

Этот эффект обычно используют владельцы электромобилей с недорогими тяговыми свинцово-кислотными аккумуляторами – когда аккумулятор сильно разряжен, а надо проехать еще приличное расстояние, электромобиль останавливают на обочине и ждут какое-то количество времени, пока не восстановится емкость батареи (время достаточно приличное, чтобы на практике усвоить основы философии дзен-буддизма). После совмещения приятного с полезным, можно двигаться дальше до следующей вынужденной стоянки, пока не исчерпается реальная емкость батареи. Эта же причина стоит во главе того факта, что гольф-кары, с их низкой скоростью, могут проехать намного большее расстояние, чем электромобиль с аккумулятором подобной емкости, но едущий с большей скоростью (при езде в реальных условиях также сильно влияет возрастание сопротивления воздуха движению при больших скоростях). То есть, если хочется осваивать дзен-буддизм во время езды в электромобиле на дальние расстояния, то ехать придеться тихо, чтобы дальше быть.

Надеюсь, эта информация была полезной читателю, и будет полезной в будущем. Знание закономерности зависимости емкости аккумулятора от тока разряда позволяет планировать необходимую емкость и тип аккумуляторов на борту электромобиля (или другого автономного мощного потребителя электричества). В настоящее время штудитую JavaScript, и, надеюсь, скоро на нашем горячо любимом сайте появится калькулятор батарей, благо в программировании я не новичок... Да, пора прощаться... Заходите еще!!!

Copyright © Дмитрий Спицын, 2007.

sdisle.com

Как рассчитать ёмкость аккумулятора?

Просмотров: 1842

 

akb emkostПравильно подобрать и рассчитать емкость аккумулятора очень важно для корректной работы системы автономного электроснабжения.Так что же такое ёмкость АКБ (аккумуляторной батареи)? Это некий промежуток времени, в течение которого эта батарея будет питать устройства, подключенные к ней. Соответственно, это и максимальное количество энергии полностью заряженного аккумулятора.

Ёмкость аккумулятора бывает номинальной и реальной.Номинальная ёмкость – это стандартные расчеты при установленных условиях напряжения (1,8 В), температуры (20-25° С) и часового разряда (10 ч). Учитывая, что идеальные параметры для работы аккумулятора присутствуют не всегда, реальная ёмкость зачастую не совпадает с номинальной, а для перевода данных в область реальных используется специальная таблица с формулами, предписаниями и показаниями.Для измерения понадобятся следующие единицы:Потребляемая мощность (Вт),Ёмкость А/ч (мА/ч для устройств меньшей мощности).Также необходимо знать следующие понятия:R – Необходимая мощность АКБ,Р – мощность(Вт)t – нужное время (ч)V – напряжение аккумуляторной батареи (В)k – коэффициент применения ёмкости (то есть та энергия, которую можно использовать, не нанося урон системе).Формула выглядит так: R = P*t/V*kДля примера рассчитаем емкость батареи, если необходимо на 3 часа обеспечить устройство мощностью 1000 Вт. Также имеется аккумулятор с рабочим напряжением 14 V:R = 1000*3/14*0.7 = 306.12 А.чПолученный результат – это минимальная ёмкость, поэтому следует рассматривать источник, который имеет энергию больше на 20%. В результате получается, что необходимая ёмкость аккумулятора в данной ситуации равна 367,4 А.ч.Если вы резервируете несколько аккумуляторных батарей, помните, что число накопленной в них энергии не зависит от типа соединения, технические характеристики батарей должны быть идентичными.В жизни можно встретить условия, при которых рассчитанная ёмкость АКБ не будет совпадать с реалиями работы. Этот показатель зависит от некоторых факторов (параметров):1. Энергия АКБ2. Конечное напряжение разряда3. Температура4. Износ АКБПоказатели ёмкости АКБ и ее накопленная электрическая энергия не равны. Батарея набирает запас энергии за счет напряжения, а это значит, что если напряжение будет высоким, то и количество выработанной энергии будет большим. А на электрическую энергию влияют напряжение аккумулятора, показатели тока и время разряда батареи.В то время, когда аккумулятор доходит до точки конечного напряжения разряда, его следует отключить, так как каждый полный разряд аккумулятора понижает уровень напряжения в нем. Величина конечного напряжения разряда зачастую указана на упаковке или в инструкции и зависит напрямую от тока разряда. потребителю нужно будет следить, чтобы уровень напряжения не был ниже указанного на упаковке показателя. В обратном случае АКБ быстро выйдет из строя.На ёмкость аккумуляторной батареи значительное влияние оказывает температура. Повышение температуры в месте использования АКБ на 20 - 40° С приведет к повышению ёмкости батареи на 5%. Падение температуры до 0 ° С приведет к снижению ёмкости АКБ на 15%, а в случае, если температура и дальше будет снижаться, процент снижения ёмкости дойдет до 25%. Потеря вместительности аккумулятора также зависит от его образца: гелиевые теряют меньше, стартерные – больше.Указанные производителем данные ёмкости нового аккумулятора не всегда совпадает с его фактической ёмкостью. В действительности значения могут отличаться. Так, например, если АКБ пробыл длительное время на складе, ее ёмкость существенно снизится. Срок износа аккумуляторной батареи поднимается, даже если ею никогда не пользовались. В любом случае, постепенный износ аккумуляторной батареи неизбежен после покупки устройства, учитывая эксплуатацию и длительное хранение.Ёмкость и заряд АКБ не следует сопоставлять, ведь ёмкость – это количество энергии, которое может достичь полностью заряженная аккумуляторная батарея. А следовательно, если заряд сокращается, резервы остаются такими же, то есть ёмкость сохраняется.Существуют и альтернативные способы определения ёмкости АКБ. Например, с помощью тестеров (специальных измерительных приборов) – простых в использовании, но достаточно дорогих. Тестер подключают к аккумуляторной батарее, в которую он посылает несколько сигналов, получает ответную реакцию от АКБ и обрабатывает данные и подсчитывает результаты, выводя итог на экран. Тестеры могут быть как полностью автоматическими, так и требующие определенных знаний для получения результатов. Последний тип измерителей более ранние и чаще всего используются профессионалами в области источников энергии.Для подобного рода подсчетов также используют компьютерные системы: программу Excel, онлайн рассчеты в интернете и т.д.

greensystem.com.ua

Расчет реальной емкости аккумулятора в зависимости от нагрузки

Для указания номинальной емкости производители используют расчет выдаваемого аккумулятором тока в течении стандартного времени (если не указано значение этого времени в спецификациях, то оно обычно равно 20 часам для больших аккумуляторов). То есть, если в маркировке аккумулятора указано, что его емкость равна 100А*ч, то это означает, что он может питать нагрузку током 5А в течение 20 часов.

Все бы было хорошо, но имеется одна не очень приятная закономерность: чем больше нагрузка на аккумулятор, тем меньше процент отдаваемой емкости (аккумулятор 100А*ч может выдавать ток 100А не в течении 1 часа, а в течение намного меньшего времени – очень может быть, и 30 минут).

Причина этого явления связана с тем, что внутри аккумулятора ток течет благодаря ионной проводимости. Если ионная проводимость электролита достаточно высока и не несет особого значения, то процесс переноса ионов внутри пластин аккумулятора и преодоление ими фазового раздела поверхность электрода/электролит происходит достаточно медленно. То есть при быстром разряде какая-то часть ионов не успевает выйти из электрода в электролит (или войти из электролита в электрод) за время разряда, что ограничивает выдаваемую аккумулятором емкость.

Математическая модель этого процесса была описана в 1897 году Пекертом (Peukert). Он эмпирически установил, что отношение между разрядным током I и временем разряда аккумулятора T (от полностью заряженного к полностью разряженному) представляет собой константное отношение, и может быть описано формулой:

Cp = In * T

где Cp – емкость Пекерта (константное отношение для данного аккумулятора), а n – экспонента Пекерта. Экспонента Пекерта всегда больше единицы, чем больше n, тем меньше способность аккумулятора отдавать полную емкость при повышенной нагрузке. Наименьшее значение экспоненты Пекерта имеют литий-железные, литий-марганцевые, литий-полимерные и свинцово-кислотные аккумуляторы с электродами рулонного типа. Одно из самых больших значений n у недорогих тяговых свинцово-кислотных батарей.

Экспонента Пекерта обычно расчитывается на основании измерения времени полного разряда (T1 и T2) для двух разных токов(I1 и I2). Для приблизительных расчетов можно использовать таблицы или графики разрядки, предоставляемые производителем аккумулятора. Так как Cp – константа, мы можем записать такое уравнение:

Cp = I1n * T1 = I2n * T2

преобразуя выражение, получаем формулу расчета экспоненты Пекерта:

n = log(T2/T1)/log(I1/I2)

Основываясь на знании значений экспоненты Пекерта и емкости Пекерта можно рассчитывать время работы аккумулятора при определенной нагрузке:

T = Cp/In

Существующие продвинутые мониторы состояния батарей (в составе системы управления батареей, BMS) в своих расчетах, скорее всего, используют данные уравнения. Однако, все не так просто: обычно потребляемый ток меняется во времени, бывают длительные перерывы в работе аккумулятора, а также константные значения емкости и экспоненты Пекерта меняются в процессе работы аккумулятора (и их приходится время от времени пересчитывать для получения реальных показаний монитора). Это особенно ярко видно на примере "цифрового эффекта памяти" в литий-ионных батареях для ноутбуков – при эксплуатации в условиях частичного заряда/разряда отмечается постепенное уменьшение времени работы от аккумуляторной батареи, из-за несоответствия оставшейся емкости, рассчитанной системой управления батареей, реальной. Эффект "цифровой памяти" нивелируется полным зарядом с последующим полным разрядом аккумулятора раз в 30-50 циклов (ноутбуки необходимо разряжать при входе в настройки BIOS, после отключения из-за разряда аккумулятора сразу же зарядить).

Описанная выше система мониторинга достаточно сложна, и многие производители BMS, возможно, довольствуются измерением скорости падения вольтажа на аккумуляторе в процессе разряда. Для систем с примерно постоянной во времени нагрузкой эти BMS должны давать достаточно точные результаты, и, в то же время, могут усиливать эффект "цифровой памяти" при неравномерном потреблении тока.

Я так много описывал феномен уменьшения емкости батареи при разряде большими токами, что чуть было не упустил вопрос, который задал бы мне пытливый читатель: "А куда девается та емкость, которая не была отдана аккумулятором?" Ответ простой: "Остается в аккумуляторе..." То есть, если батарея 100А*ч полностью разрядилась под нагрузкой 50А за час, то и при заряде она потребит около 50А*ч. Если батарея 100А*ч, полностью разряженная током 50А за час, постоит несколько часов, то постепенно восстановится утраченная емкость (за счет диффузии ионов в электродах аккумулятора), и из нее можно будет извлечь еще немного ампер-часов.

Этот эффект обычно используют владельцы электромобилей с недорогими тяговыми свинцово-кислотными аккумуляторами – когда аккумулятор сильно разряжен, а надо проехать еще приличное расстояние, электромобиль останавливают на обочине и ждут какое-то количество времени, пока не восстановится емкость батареи (время достаточно приличное, чтобы на практике усвоить основы философии дзен-буддизма). После совмещения приятного с полезным, можно двигаться дальше до следующей вынужденной стоянки, пока не исчерпается реальная емкость батареи. Эта же причина стоит во главе того факта, что гольф-кары, с их низкой скоростью, могут проехать намного большее расстояние, чем электромобиль с аккумулятором подобной емкости, но едущий с большей скоростью (при езде в реальных условиях также сильно влияет возрастание сопротивления воздуха движению при больших скоростях). То есть, если хочется осваивать дзен-буддизм во время езды в электромобиле на дальние расстояния, то ехать придеться тихо, чтобы дальше быть.

Надеюсь, эта информация была полезной читателю, и будет полезной в будущем. Знание закономерности зависимости емкости аккумулятора от тока разряда позволяет планировать необходимую емкость и тип аккумуляторов на борту электромобиля (или другого автономного мощного потребителя электричества). В настоящее время штудитую JavaScript, и, надеюсь, скоро на нашем горячо любимом сайте появится калькулятор батарей, благо в программировании я не новичок... Да, пора прощаться... Заходите еще!!!

Copyright © Дмитрий Спицын, 2007.

sdisle.com


Смотрите также