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:
Вт·ч (Wh) = В (V) х А·ч (Ah).
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:
А·ч (Ah) = Вт·ч (Wh) : В (V).
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.
Мощность аккумуляторной батареи
Аккумулятор – неотъемлемая часть любого автомобиля. Он используется для запуска двигателя, питания всего электрооборудования, находящегося в машине. Мощность аккумуляторной батарейки относится к важнейшим параметрам, которые нужно учесть при выборе АКБ.
Правильно подобранный аккумулятор прослужит долго и не доставит неприятных сюрпризов владельцу автомобиля.
Мощность аккумулятора
В автомобильных аккумуляторах при повышении разрядного тока в процессе работы стартера происходит снижение среднего напряжения.
Если учесть, что пусковой ток – постоянный, то напрашивается вывод: чем больше мощность, затрачиваемая на запуск двигателя, тем меньше напряжение на клеммах.
При каждой попытке пуска вращение стартера замедляется, энергии становится недостаточно. Таким образом, чем мощнее аккумуляторная батарея, тем с большими оборотами будет прокручиваться маховик стартера и мотор запустится быстрее.
Как определить мощность
Чтобы узнать мощность АКБ, необходимо вспомнить курс физики и электротехники: она определяется путем умножения разрядного тока на среднее разрядное напряжение в цепи.
Параметр мощности особенно важен для аккумуляторов, устанавливаемых в машинах, работающих на дизельном топливе.
Для быстрого запуска мотора требуется, чтобы значение пускового тока у батареи было достаточно высоким.
Расчет мощности в Ваттах
Данный параметр, измеряемый в Ваттах, показывает возможность запуска холодного двигателя.
Чтобы рассчитать мощность используется формула
U – среднее арифметическое значение разрядного напряжения, определяемое через одинаковые временные отрезки.
Сравнение мощностей различных батарей осуществляется по пусковому току (чем выше ток – тем АКБ мощнее). Существует множество методик проведения испытаний, принятых в различных государствах и объединениях стран (EN, SAE, DIN, IEC, ГОСТ и другие).
Как выбрать аккумулятор подходящей мощности
Первоначальный подбор АКБ по мощности осуществляется в заводских условиях разработчиками пусковой системы конкретного двигателя для конкретной модели автомобиля.
Для расчетов используют зарядные параметры батареи при 75% зарядки с третьей попытки стартерного разряда.
Разработчиками модели автомобиля задаются такие условия температурного режима:
Для дизелей при пониженных температурах предусматривается использование различных присадок или технических средств для ускорения запуска (аэрозоли, нагрев воздуха, масел, дизтоплива).
Такие же материалы и способы в суровых климатических условиях могут применяться и для запуска карбюраторных двигателей (грузовых, легковых) автомобилей.
Подобранная по мощности и пусковым токам батарею после проведения эксплуатационных и лабораторных испытаний записывают в техпаспорт машины в качестве рекомендованной. Автовладельцы, исходя из указанных параметров, самостоятельно меняют аккумулятор на новый при выходе его из строя.
Основным критерием считается двигатель – его объем и число подключаемого оборудования, суммарно определяющие силу прокручивания стартера. Так же и загруженный всеми потребителями генератор должен обеспечивать зарядку АКБ.
Мощность аккумуляторной батареи, которая определяется временем стартерного разряда, показывает продолжительность обеспечения полноценных попыток пуска двигателя. Потому, чем выше мощность и емкость АКБ, тем у владельца автомобиля больше попыток запуска.
Неискушенный автовладелец может легко запутаться в значениях мощности и тока разряда, указываемых в документах на АКБ от различных производителей. Имеются различия по стандартам DIN (Германия) и ТУ (Россия/СНГ) от разрядного тока по SAE (США) и EN (Евросоюз)
Соотношение определяется таким выражением:
Для подбора батареи по мощности следует учитывать требуемый пусковой ток: его значение должно быть как минимум не меньше, чем у установленного ранее аккумулятора и соответствовать указанным в паспорте данным.
ватт = вольт * ампер
и следовательно ватт-часы = ампер-часы * вольты
только ватт-час это тоже не мощность, а емкость
Стартерный разряд (заявленным производителем током) проводится с определенной продолжительностью (непрерывно или в прерывистом режиме) до установленного напряжения. При этом, в нормативных документах указывают промежуточные интервалы от начала разряда (5,10 или 30 сек.), в течение которых контролируют величину напряжения аккумулятора в процессе разряда. Запас энергии батареи, характеризуемый временем стартерного разряда, показывает, как долго она сможет обеспечивать попытки запуска двигателя. Попросту говоря, чем больше емкость аккумулятора, тем больше в запасе у автовладельца попыток запустить двигатель.
у аккумулятора показатель = ЕМКОСТЬ В АМПЕР-ЧАСАХ
а вот МОЩНОСТЬ бывает только у нагрузки
например, можно подключить 1 лампочку, а можно 10 штук
соответственно, разная потребляемая мощность
например ЕМКОСТЬ = 55 ампер-часов
значит, нагрузка в 1 ампер проработает 55 часов, а нагрузка 10 ампер только 5,5 часов
так, для нагрузки, потребляющей 1 ампер\час мощность нагрузки будет 1Ах12В=12 ватт
Мой папа тоже мечтал сделать вечный двигатель, царствие небесное. Вообще-то, академия наук (французская) объявила о невозможности вечного двигателя ещё лет триста назад.
Если по теме, то у резервных аккумуляторов для квартиры мощность приблизительно равна ёмкости. То есть, если средняя мощность 200 ватт, то и аккумулятор надо на 200 ампер-часов. Можно и больше, чтобы с запасом)
Характеристики электрической батареи и их предназначение
Три самых главных параметра электрической батареи – это электрохимическая система, напряжение и емкость. Батареи могут использоваться в качестве единичных источников питания, как, например, в мобильном телефоне или планшете, или формировать системы с последовательным соединением для обеспечения напряжения в несколько сотен вольт, как, например, в ИБП (источнике бесперебойного питания) или для питания двигателя электромобиля.
Батареи могут быть оптимизированы под большую емкость, что важно для той же потребительской электроники, или под возможность питания мощной нагрузки, например, электродрели, но это сказывается на времени автономной работы. Третья группа характеристик батареи фокусируется на долговечности, но это влияет на стоимость и вес.
1. Электрохимическая система
Наиболее распространенными являются электрохимические системы на основе свинца, никеля и лития. Зарядные устройства создаются для каждой системы отдельно и не могут обслуживать другие. Если заряжать литиевый или никелевый аккумулятор зарядным устройством для свинцово-кислотного, это может вывести его из строя. Также электрохимия аккумулятора важна при утилизации, так как каждая система имеет свои регламентирующие требования безопасности. Выбор типа электрохимической схемы является важной составляющей для любого применения батареи, поэтому данную характеристику нельзя игнорировать.
2. Напряжение
На электрических батареях всегда отмечается их номинальное напряжение, однако напряжение разомкнутой цепи (НРЦ) на полностью заряженном аккумуляторе на 5-7 процентов выше номинального. НРЦ определяется электрохимической системой и количеством последовательно соединенных элементов. Замкнутый контур напряжения является рабочим напряжением. Всегда проверяйте правильность номинального напряжения перед подключением батареи. Ключевая характеристика батареи при выбору, которая должна точно соотвествоать требованиям.
3. Емкость
Емкость представляет собой показатель удельной энергоемкости в ампер-часах (Ач). Ампер-час – это единица измерения, помогающая определить продолжительность работы батареи с определенной нагрузкой. Используя батарею с большей емкостью, вы, соответственно, получите более продолжительное время ее работы. Различная емкость не влияет на тип используемых зарядных устройств (главное, чтобы оно подходило по электрохимической схеме и вольтажу), но аккумулятору с большой емкостью потребуется и больше времени для зарядки. Меняя батарею в определенном устройстве, не допускайте изменения емкости более, чем на 25 процентов.
4. Пусковой ток
5. Удельная энергоемкость, плотность энергии
6. Удельная мощность
Удельная мощность, или гравиметрическая плотность мощности, определяет нагрузочную способность. Аккумуляторы для электроинструментов оптимизированы под большую удельную мощность, имеют средний уровень удельной энергоемкости и очень низкое внутреннее сопротивление. На рисунке 1 показана аналогия взаимосвязи между удельной энергоемкостью (вода в бутылке) и удельной мощностью (вода из горлышка).
Электрическая батарея может иметь высокий показатель удельной энергоемкости, но слабую удельную мощность, например, такими свойствами обладает щелочная батарейка. И наоборот, примером высокой удельной мощности слабой удельной энергоемкости является суперконденсатор.
7. Значение «С»
8. Нагрузка
Нагрузка определяет ток, который поступает от батареи. Внутреннее сопротивление батареи и истощение уровня заряда приводят к падению напряжения, в конечном итоге вызывая разряд батареи. Мощность соотносится с текущей силой тока и измеряется в ваттах, энергия же коррелирует к физической работе, совершаемой в течение долгого времени, измеряемой в ватт-часах.
9. Ватты и вольт-амперы
Хитрости измерения емкости аккумуляторов смартфонов и другой мобильной техники
Содержание
Содержание
Как может показаться на первый взгляд, с емкостью аккумуляторов мобильных устройств все предельно просто и понятно — грубо говоря, чем больше миллиампер-часов (мА·ч) в батарее, тем лучше, и тем дольше проработает девайс. Но подобный показатель, к которому привыкли все или почти все, не всегда отражает реальное положение дел, а значит, что сравнивать данные по емкости аккумуляторов у различных устройств не всегда корректно. Какие же секреты таят современные аккумуляторы, и какие дополнительные показатели могут пролить свет на их реальную емкость? Обо всем этом и пойдет речь в нашей статье, а также будут рассмотрены популярные методы измерения емкости аккумуляторов в домашних условиях.
Параметры аккумуляторов
Самую подробную информацию об аккумуляторе стоит искать на его корпусе или в специальных документах с детальным техническим описанием, именуемых «даташитами» (datasheet), а вот в обычных технических характеристиках устройства едва ли будут указаны все нюансы.
Тип аккумулятора — в современных устройствах обычно используется так называемые литий-полимерные аккумуляторы, которые являются слегка усовершенствованной версией литий-ионных аккумуляторов, а иногда на самом деле отличий никаких и нет, и это не более чем маркетинговая уловка. В бытовом понимании литий-полимерные батареи выделяются лишь тем, что имеют мягкий пластиковый мешочек вместо твердого корпуса.
Limited charge voltage — максимально возможное напряжение аккумулятора, повышение которого вызовет различные проблемы с батареей, вплоть до взрыва. Впрочем, бояться перезаряда не стоит, так как при зарядке должна сработать защита.
Nominal Voltage — среднее или рабочее напряжение аккумулятора, при котором он работает большую часть времени. Показатель стоит воспринимать как усредненное значение.
Typical Capacity — типичное, среднестатистическое значение емкости для используемого аккумулятора. Показатель указывается в мА·ч и/или Вт·ч.
Rated Capacity — минимальная емкость батареи, и тут нужно пояснить, что даже в рамках одной партии емкость аккумуляторов может немного отличаться, что вполне допустимо, а показатель Rated Capacity как раз и дает понять в каких пределах могут быть отклонения. Есть и случаи, когда фактическая емкость оказывается выше заявленной производителем.
В каких значениях измеряется емкость аккумулятора
Так сложилось, что почти все ориентируются на показатель в миллиампер-часах при указании емкости, что удобно как производителям, так и на самом деле и пользователям. Посудите сами, какая цифра выглядит более красивой, 5000 мА·ч или, к примеру, 19.25 Вт·ч? Очевидно, что второй показатель кажется маленьким и неудобным для того, чтобы прижиться у массового пользователя. Но давайте более подробно вникнет в суть терминов.
А·ч (ампер-час) — правильнее ампер-часы называть не единицей измерения емкости, а электрическим зарядом, показывающим, какой ток аккумулятор может выдать за один час. При этом важно знать номинальное напряжение аккумулятора, чтобы получить представление о его возможностях, так как 4000 мА·ч при 3.85 вольтах при переводе в Вт·ч, дадут меньшую емкость, чем 4000 мА·ч, скажем, с 7.4 вольта. Для мобильных устройств стандартным остается номинальное напряжение аккумулятора в 3.7, 3.8 или 3.85 В.
Вт·ч (Ватт-час) — является мерой энергии, показывающей то, сколько энергии будет получено или отдано в течение часа при приеме или отдаче энергии в 1 Вт. Считается, что ватт-часы наиболее точно отражают емкость аккумулятора.
И все-таки не на всех аккумуляторах обозначено значение в ватт-часах, либо оно по каким-то причинам дано неправильно. Но мы и сами можем рассчитать показатель, зная емкость в миллиампер-часах и номинальное напряжение. Достаточно перемножить известные числа, затем поделить их на 1000:
3700 мА·ч («емкость» в миллиампер-часах) x 3.85 В (номинальное напряжение) : 1000 = 14.245 Вт·ч
Бывают случаи, когда производители, вместо номинального напряжения, показатель в мА·ч умножают на максимальное напряжение, что дает более солидную, но неправильную цифру в Вт·ч. По каким причинам это делают непонятно — возможно это ошибка, а может попытка ввести пользователя в заблуждение.
Впрочем, с подсчетом в любом случае не все так просто — ниже приведен график разрядки аккумулятора, по которому видно, что напряжение постепенно падает, а поэтому при умножении на номинальное напряжение получается лишь приблизительная цифра, которая, тем менее, обычно оказывается довольно близка к реальной. Погрешность может составлять около 1 Вт·ч (часто меньше), и почти всегда именно в ватт-часах реальная емкость оказывается меньше заявленной, даже если получится полное соответствие в миллиампер-часах.
Как самостоятельно измерить емкость аккумулятора
Реальную емкость аккумуляторов можно измерить самостоятельно, и самым популярным методом является использование USB-тестера. Обычно такие устройства действительно могут отобразить приблизительную, сравнительно точную емкость, но вариаций тестеров столько, что каких-то однозначных выводов делать не стоит.
Проблема в том, что тестеры подсчитывают только ту емкость аккумулятора, которая используется устройством, тогда как даже после полной разрядки всегда остается некий запас, необходимый для предотвращения глубокого разряда, очень вредного для аккумуляторов. В зависимости от модели мобильного устройства такой запас может составлять несколько сотен мА·ч или около 0.4–1 Вт·ч. Еще одна особенность USB-тестеров заключается в том, что не все они подсчитывают емкость в Вт·ч, а если и делают это, то на достоверность показателей рассчитывать не стоит.
Кроме того, более точные результаты получаются при разрядке, а не при зарядке батареи. И, наконец, в тестерах подсчет в мА·ч обычно происходит при 5 В напряжения, тогда как многие современные смартфоны поддерживают быструю зарядку при более высоком напряжении, в результате чего тестер выдаст низкие показатели емкости. Здесь придется либо использовать при зарядке блок питания, выдающий напряжение не более 5 В, либо самостоятельно пересчитывать результаты с учетом фактического напряжения.
В связи с этим возникает вопрос, есть ли более достоверные методы измерения емкости? Да, есть, правда самое точное оборудование недоступно простым пользователям, так как оно используется на производстве, стоит немалых денег и может иметь огромные размеры. Но есть и бюджетные аналоги в виде электронных нагрузок, которые доступны каждому.
Рассмотрим подобное оборудование на примере EBC-A10, которое способно как заряжать даже глубоко разряженные аккумуляторы, так и разряжать их, что нам и нужно для получения достоверных данных.
Стоит отметить, что правильнее всего измерять емкость батареи, когда она извлечена из устройства или когда отсоединен шлейф, соединяющий ее с основной платой девайса.
Проще всего тестировать съемные батареи, для извлечения которых не нужно разбирать устройство. Вначале добиваемся полной разрядки девайса, так, чтобы он автоматически выключился. После подключаем аккумулятор к электронной нагрузке и дополнительно разряжаем его примерно 30–60 секунд током 0.2 C (20% от заявленной емкости аккумулятора), в результате чего получим напряжение, которое нам пригодится для того, чтобы узнать используемую мобильным устройством емкость батареи.
В аккумуляторах смартфонов напряжение при отключении устройства варьируется примерно от 3.2 до 3.5 вольта.
Затем полностью заряжаем аккумулятор через мобильный девайс и вновь ставим его на разрядку через электронную нагрузку, снова тем же током 0.2 C. В настройках программы EB Tester Software, которая нужна для проведения подсчетов и построения графиков, выставляем разрядку сначала до напряжения, полученного в предыдущем тесте, а затем до значения 2.8 вольта. Меньше уже ставить опасно для аккумулятора — он может перестать заряжаться даже через электронную нагрузку (а именно через нее потом придется заряжаться для получения более высокого напряжения), не говоря уже о смартфонах и планшетах, да и на общее значение емкости это почти никак не повлияет, так как после разрядки примерно до 3 вольт напряжение уменьшается очень быстро.
В итоге получаем емкость как в привычных для многих мА·ч, так и в более правильных Вт·ч, причем программное обеспечение ведет непрерывный подсчет с учетом снижающегося напряжения, и по итогу получаются более точные цифры, чем в том случае, если бы просто умножили номинальное напряжение на заявленные производителем миллиампер-часы.
Итоги
У производителей давно существуют различные маркетинговые хитрости, благодаря которым удается добиться красивых цифр в спецификации под названием «емкость аккумулятора», и лишь изредка в технических характеристиках устройств указывается емкость в Вт·ч, по которой было бы правильнее делать сравнения с другими моделями. Но даже это значение является приблизительным.
Впрочем, явным обманом это трудно назвать, ведь миллиампер-часы (мА·ч) обычному пользователю удобнее для восприятия, а сильно завышенная информация о емкости встречается обычно только в некоторых девайсах от не слишком известных производителей. Правда многое зависит и от вида устройства, и если смартфоны с завышенной в характеристиках емкостью батареи встречаются все реже, то у портативных аккумуляторов реальные показатели пока не всегда соответствует ожиданиям.
Не стоит забывать и том, что большая емкость батареи, насколько бы честной она не была, еще не гарантирует продолжительное время работы устройства, так как многое зависит от оптимизации операционной системы и софта, а также от максимальной яркости дисплея, дополнительных функций и от используемого железа, которое не всегда может быть энергоэффективным.
