Емкость аккумуляторной батареи. Что это такое и как определить?

Что такое ёмкость аккумулятора Определение ёмкости батареи

1. Ёмкость – это наиболее важная техническая характеристика АКБ

Значение ёмкости показывает количество времени, в течение которого аккумулятор сможет питать подключенную к нему нагрузку. Чаще всего его ёмкость определяется в ампер/часах, а для маленьких аккумуляторов в миллиампер/часах.

Сама же единица измерения ёмкости равна такому значению: сила постоянного тока батареи (указанная в амперах либо миллиамперах), умноженная на время разряда в часах. Вот точная формула ёмкости аккумулятора:

Е [А * час] = I [А] х T [час]

2. Энергия и ёмкость аккумулятора

Бытует ошибочное мнение, что ёмкость АКБ равна энергии батареи, то есть количеству той энергии, которую может вместить полностью заряженный аккумулятор. Это мнение основывается на том, что уровень напряжения аккумулятора указывает на количество накопленной энергии. Но это не совсем верно! Ведь показатель электроэнергии равен произведению напряжения на ток и на время движения тока:

[Дж]= I [А] х U [В] х T [с]

Исходя из этого следует понимать, что энергия батареи для ИБП равна значению ёмкости аккумулятора умноженного на номинальное базисное напряжение:

W [Вт*час]= E [А*час] х U [В]

3. Ёмкость и энергия АКБ

Когда несколько аккумуляторов с одинаковой ёмкостью соединяют между собой последовательно, то ёмкость полученной АКБ будет равна общей ёмкости используемых аккумуляторов. В то время как энергия этой АКБ равна: энергия одного аккумулятора умноженная на количество применяемых аккумуляторов.

4. Ёмкость и заряд аккумулятора

Зачастую некоторые потребители путают ёмкость батареи и её заряженность. Показатель ёмкости – это потенциал батареи, другими словами время, в течение которого аккумулятор сможет питать нагрузку при полной разрядке.

Если рассмотреть на примере стакана воды, то ёмкость (то есть объём стакана), никак не изменится от количества налитой в него воды. То же самое и с аккумуляторами! Значение их ёмкости всегда одинаковое, и в разряженном и в заряженном состоянии.

5. Дополнительные параметры ёмкости свинцовых АКБ

Энергетическая ёмкость [Вт/элемент] – этот показатель отражает способность батареи разряжаться на протяжении определенного времени (чаще всего 15 мин) при постоянном уровне мощности. Такую характеристику используют в основном американцы, но в последние годы этот показатель распространен и у изготовителей AGM аккумуляторов в других странах. Чтобы примерно рассчитать ёмкость батареи в ампер/часах по показателю энергии в ВТ/эл (15 мин), применяют такую формулу:

Е [А*час] = W [Вт/эл] / 4

Резервная ёмкость – это показатель автомобильного аккумулятора, характеризующий возможность батареи производить питание всей электросистемы движущейся машины, при условии, когда генератор авто не работает. Измеряется этот параметр током 25 А в минутах разряда батареи. Такой показатель больше распространен на территории Америки. Чтобы примерно определить ёмкость батареи в ампер/часах по её резервной ёмкости в минутах, применяют такую формулу:

Е [А*час] = T [мин] / 2

6. От чего зависит ёмкость аккумулятора

Ток разряда

Как правило, изготовители указывают номинальную базисную ёмкость свинцовой АКБ для UPS при длительных разрядах (10, 20 либо 100 часов). При этом ёмкость будет иметь следующие обозначения: С10, С20 либо С100. Возьмем, к примеру, нагрузку при 20-ти часовом разряде и рассчитаем протекающий ток:

I20 [А] = Е20 [А*час] / 20[час]

Обратите внимание! Это не означает, что при 15-ти минутном разряде (то есть в течение четверти часа), ток будет = Е20 х 1/4! Обычно при таких условиях ёмкость свинцовой АКБ будет примерно немного меньше половины базисной ёмкости. И ток 10.25 не будет превышать значение: Е20 х 2. Следовательно, стоит помнить, что значение тока разряда и времени разряда свинцовой батареи не должны быть пропорциональны друг другу.

Немецкий ученый по фамилии Peukert, разработал формулу расчёта зависимости времени разряда по отношению к уровню тока. Формула Пейкерта такова:

I p * T = const

При этом число Peukert (р) – это величина степени, являющаяся постоянной для определённых аккумуляторов или типа АКБ. Закон Пейкерта работает и для новых модификация свинцовых кислотных батарей.

Для современных свинцовых АКБ число Пейкерта, как правило, варьируется от 1.15 до 1.35. Значение константы, после знака равно, можно установить по заявленной ёмкости аккумулятора. В таком случае, спустя несколько преобразований, можно установить формулу для ёмкости батареи Е при свободном токе разряда I:

Е = Eн * (Iн / I)p-1

В этой формуле значение Eн – это базовая ёмкость АКБ, а Iн – это ток разряда, при котором была задана базовая ёмкость (чаще всего ток 10-ти или 20-ти часового разряда).

Конечное напряжение разряда

При постепенном разряде аккумулятора его напряжение падает. Когда достигается конечное напряжение разряда, АКБ стоит отключить. Каждый производитель указывает минимально возможное конечное напряжение, которое напрямую будет зависеть от тока разряда. В тех случаях, когда напряжение батареи становится ниже установленного значения, аккумулятор может выйти из строя, это бывает при глубоком разряде.

Температура

Ёмкость аккумуляторов может зависеть от температуры. Так, например, при повышении t от 20°С до 40°С ёмкость свинцовой батареи увеличится на 5%. У гелевых АКБ при снижении t от 20°С до 0°С ёмкость может уменьшиться до 15%. А в случаях снижения температуры до -20°С ёмкость уменьшится ещё на 20-25%.

Износ аккумулятора

Ёмкость новой свинцовой АКБ может немного варьироваться в сравнении с номинальным значением, установленным производителем. После прохождения нескольких циклов разряд/заряд или спустя несколько недель эксплуатации в буферном режиме, ёмкость аккумулятора немного увеличится. При длительном использовании либо хранении батареи ёмкость начнет со временем падать, изделие изнашивается, стареет и в итоге его необходимо будет заменить новым аккумулятором.

7. Как проверить ёмкость свинцового аккумулятора

Стандартным способом проверки АКБ является полный контрольный разряд. Батарею сначала заряжают, а потом разряжают, применяя постоянный ток и контролируя время до получения конечного напряжения разряда. Далее следует определить ёмкость аккумулятора, применяя такую формулу:

Е [А*час]= I [А] * T [час]

При этом следует выбрать такой ток разряда, чтобы время приблизительно совпадало с временем разряда, заданной номинальной ёмкости данной батареи. То есть 10 либо 20 часов. После этого необходимо сравнить остаточную ёмкость аккумулятора с базовой. Если в результате окажется, что остаточная ёмкость меньше номинальной на 20-30%, то такой аккумулятор следует убрать из эксплуатации. Износ такого уровня повлечёт очень быстрое старение АКБ.

Контролировать ёмкость традиционным способом довольно неудобно. В особенности, когда нужно проверить ёмкость аккумулятора для лодки. Помимо того, что это сложный и трудоёмкий процесс, он требует изъятие батареи на довольно длительное время. Сейчас есть возможность использовать современный прибор для проверки ёмкости аккумулятора, он позволяет провести необходимое тестирование в течение нескольких секунд.