Patrząc na oznakowanie każdego współczesnego akumulatora, czy to akumulatora kwasowo-ołowiowego z zasilacza awaryjnego, zawsze znajdziemy tam informację nie tylko o napięciu znamionowym tego źródła zasilania, ale także o jego pojemności elektrycznej.
Zwykle są to liczby takie jak: 2200 mAh (czytane jako 2200 miliamperogodzin), 4Ah (4 amperogodzin) itp. Jak widać, do pomiaru pojemności elektrycznej akumulatora używana jest niesystemowa jednostka miary - Ah (amperogodzina) - „amperowa” godzina”, a wcale nie „farad”. A zegar pojawia się tutaj nie bez powodu, ale z tego powodu, że zwykła bateria, w przeciwieństwie do zwykłego kondensatora, jest w stanie zasilać obciążenie dosłownie godzinami.
Jeśli spróbujemy to wyjaśnić w prosty sposób, to pojemność akumulatora jest liczbowym wyrażeniem tego, jak długo dany akumulator może zasilać obciążenie przy określonym poborze prądu.
Na przykład, jeśli akumulator o napięciu nominalnym 12 woltów jest w pełni naładowany i ma pojemność 4 Ah, oznacza to, że obciążenie przy poborze prądu 0,4 ampera przy napięciu znamionowym 12 woltów akumulator ten będzie w stanie do zasilania na 10 godzin, aż wystąpi stan, w którym dalsze rozładowanie stanie się niebezpieczne dla wydajności. A przy obciążeniu o poborze prądu 1 ampera ten sam akumulator rozładuje się w ciągu 4 godzin (oczywiście teoretycznie).
Oczywiście dla każdego akumulatora istnieje ograniczenie maksymalnego dopuszczalnego prądu rozładowania, a im wyższy prąd rozładowania, tym mniejsza będzie liniowość charakterystyki rozładowania i tym szybciej akumulator będzie się rozładowywał w porównaniu z obliczonym czasem.
Minimalne dopuszczalne napięcie, do jakiego można rozładować akumulator, jest również regulowane i zawsze jest wskazane w dokumentacji konkretnego akumulatora, podobnie jak maksymalne bezpieczne napięcie, powyżej którego ładowanie akumulatora jest wysoce niepożądane.
Na przykład typowe dla akumulatora litowo-jonowego 3,7 V maksymalne dopuszczalne minimalne napięcie rozładowania wynosi 2,75 V, a maksymalne 4,25 V. Jeśli rozładujesz baterię litową do napięcia mniejszego niż 2,75 V, bateria zacznie tracić pojemność, a jeśli ją przeładujesz, może eksplodować.
W przypadku 12-woltowego akumulatora kwasowo-ołowiowego bezpieczne minimum wynosi 9,6 wolta, maksymalne, do jakiego można go naładować, to 13 woltów itd.
Jak widać, wolty nie są w ogóle wymieniane w informacjach o pojemności (w amperogodzinach). Tymczasem, jeśli zamienisz godziny na sekundy, a następnie pomnożysz wartość pojemności przez napięcie akumulatora, otrzymasz ilość energii ładowania tego akumulatora w dżulach:
Tak czy inaczej, pojemność działającego akumulatora praktycznie nie zależy od napięcia na jego zaciskach w danym momencie. Ale kiedy mówimy „ładowanie akumulatora”, nie mamy już na myśli pojemności, ale dokładnie napięcie, do jakiego akumulator jest aktualnie naładowany. Jeśli akumulator jest naładowany do napięcia znamionowego, można liczyć na pojemność, jaką akumulator ma w tym momencie. Jeśli akumulator jest rozładowany, jego pojemność nie ma już znaczenia.
Jednocześnie rzeczywista pojemność akumulatora, jak widać z rodziny charakterystyk rozładowania, silnie zależy od wielkości prądu rozładowania. Rozładowanie 10-godzinne i 10-minutowe, na przykład w przypadku akumulatora kwasowo-ołowiowego (patrz rysunek powyżej), wykaże różnicę w pojemności w przybliżeniu dwukrotnie!
Można nawet znaleźć mniej lub bardziej dokładną zależność matematyczną pomiędzy prądem rozładowania a czasem rozładowania. Zależność tę odkrył niemiecki naukowiec Peukert i wprowadził tzw. „współczynnik Pukerta” p, który na przykład dla szczelnych akumulatorów kwasowo-ołowiowych wynosi około 1,25. Im wyższy prąd rozładowania, tym krótszy czas rozładowania. A stała po prawej stronie równania zależy bezpośrednio od nominalnej pojemności akumulatora.
W razie potrzeby rzeczywistą pojemność akumulatora można określić w bardzo prosty sposób: naładować akumulator do pełna (do maksymalnego dopuszczalnego napięcia wskazanego w dokumentacji), a następnie rozładować prądem stałym (zbliżonym do 10-godzinnej charakterystyki rozładowania z dokumentacji) do końcowego napięcia rozładowania (które jest również podane w dokumentacji). Pomnóż prąd rozładowania i czas rozładowania w godzinach, aby uzyskać rzeczywistą pojemność akumulatora w amperach lub miliamperogodzinach.
Jaka jest pojemność akumulatora samochodowego i jaką wartość wybrać?
Akumulator samochodowy posiada szereg parametrów, według których można go dobrać do konkretnego pojazdu. I nie chodzi tu tylko o wymiary, wagę, umiejscowienie pinów. Są to także właściwości elektryczne, na podstawie których można ocenić przeznaczenie akumulatora. Dziś w sklepach można znaleźć akumulatory do motocykli, samochodów osobowych, ciężarówek i sprzętu specjalnego. Wszystkie różnią się wydajnością. Nawet w przypadku różnych klas samochodów osobowych akumulatory różnią się parametrami elektrycznymi. Jeśli wybierzesz niewłaściwy akumulator, mogą pojawić się problemy podczas późniejszej pracy. Jedną z kluczowych cech akumulatora jest pojemność. Porozmawiamy o tym dzisiaj.
Główne cechy akumulatora samochodowego obejmują:
- Siła elektromotoryczna;
- Prąd zimnego rozruchu;
- Pojemność;
- Waga;
- Standardowy rozmiar;
- Biegunowość;
- Stopień naładowania;
- Dożywotni;
- Samorozładowanie;
- Okres przydatności do spożycia.
Pojemność akumulatora samochodowego
Jak już wspomniano, pojemność akumulatora mierzy się w amperogodzinach. Wartość ta jest zwykle podana na naklejce akumulatora samochodowego wraz z wartością prądu rozruchowego. Przykład można zobaczyć poniżej.
Co oznacza pojemność podana na etykiecie akumulatora samochodowego? Na tej podstawie można określić ilość prądu, która równomiernie rozładowuje akumulator do napięcia końcowego (10,8 wolta). Czas trwania standardowych cykli rozładowania wynosi 10 lub 20 godzin.
Na przykład wartość 72 Ah oznacza, że ten akumulator samochodowy będzie w stanie dostarczyć prąd o natężeniu 3,6 A przez 20 godzin. W takim przypadku pod koniec cyklu napięcie na zaciskach powinno wynosić co najmniej 10,8 wolta. Należy jednak pamiętać, że ta sama bateria nie będzie w stanie wytrzymać prądu o natężeniu 72 amperów przez 1 godzinę. Wraz ze wzrostem prądu czas rozładowania maleje, a spadek ten wyraża się za pomocą prawa mocy.
Jednym z pierwszych, którzy wyprowadzili wzór na tę zależność, był niemiecki naukowiec Peukert. Wyprowadził następującą formułę:
Cp = I k * t, gdzie
C p - pojemność akumulatora,
k – współczynnik Peukerta,
t – czas.
Współczynnik Peukerta zastosowany we wzorze jest wartością stałą dla określonego typu akumulatora. W przypadku samochodowych akumulatorów kwasowo-ołowiowych liczba Peukert mieści się w zakresie 1,15─1,35. Stała ta jest określana na podstawie nominalnej pojemności akumulatora.
W rezultacie wyprowadzono wzór na obliczenie rzeczywistej pojemności akumulatora przy dowolnej wartości prądu rozładowania:
E =En(I n /I) (p-1) , gdzie
E n - nominalna pojemność akumulatora,
E – rzeczywista pojemność akumulatora,
In jest wartością znamionową prądu rozładowania, przy której ustawiona jest pojemność znamionowa. Prąd w cyklu 10 lub 20 godzin. Zwykle jest to 9 procent E n.
Wszystko, co powiedziano powyżej, dotyczyło nominalnej pojemności akumulatora samochodowego. Istnieje również koncepcja mocy rezerwowej. Jeżeli wartość nominalna została ustalona w wyniku rozładowania małym prądem, wówczas wartość rezerwowa pokazuje, ile wytrzyma akumulator samochodowy w przypadku awarii generatora. Prąd rozładowania jest ustawiony na 25 amperów. Uwzględnia się tutaj ogrzewanie i oświetlenie. W przypadku wyładowania takim prądem pojemność rezerwowa wynosi około dwóch trzecich wartości nominalnej. Jeśli zostanie nałożony na etykietę akumulatora samochodowego, jest to wskazane w minutach.
Pojemność nominalna akumulatora zależy od szeregu cech technologicznych i konstrukcyjnych. Bardzo duży wpływ mają także warunki pracy akumulatora samochodowego. Do głównych cech wpływających na ten parametr należy skład elektrolitu, ilość masy czynnej, geometria i grubość płytek ołowianych. Głównymi cechami technologicznymi determinującymi wielkość pojemnika są skład i porowatość masy aktywnej. Ponadto na zdolność rozładowania, jak wspomniano powyżej, wpływa wielkość prądu rozładowania i temperatura elektrolitu.
Wydajność akumulatora samochodowego można ocenić za pomocą następującego wzoru:
Q = (E p /E o) * 100%, gdzie
E p – pojemność akumulatora obliczona w czasie rozładowywania, Ah,
E o – wartość obliczona na podstawie parametrów elektrochemicznych, Ah.
Jak wynika z prawa Faradaya, aby uzyskać pojemność 1 Ah, teoretycznie potrzeba 3,865 grama Pb, 4,462 grama PbO 2 i 3,659 grama H 2 SO 4. Łącznie wynosi około 11,986 gramów na 1 Ah. Ale w rzeczywistości takie wartości są niemożliwe do osiągnięcia. W toczącej się reakcji chemicznej nie jest możliwe całkowite zużycie substancji aktywnych. Tylko połowa aktywnej masy płytek jest dostępna do reakcji z elektrolitem. Druga połowa zapewnia po prostu wolumetryczną ramę płytek i wytrzymałość mechaniczną elektrod.
W rzeczywistych warunkach pracy okazuje się, że stopień wykorzystania masy czynnej płyty dodatniej wynosi około 50 procent, a płyty ujemnej 60 procent. Nie zapominaj, że elektrolitem nie jest czysty kwas siarkowy, ale jego wodny roztwór (około 35 procent). Dlatego rzeczywiste zużycie materiałów jest znacznie wyższe, a pojemność właściwa jest niższa od wartości teoretycznej.
Jak sprawdzić pojemność baterii
Niektórzy dociekliwi właściciele samochodów są zainteresowani tym, jak zmierzyć pojemność akumulatora samochodowego własnymi rękami. Niektórzy chcą to zrobić z ciekawości, inni chcą sprawdzić, czy rzeczywista wartość pojemności odpowiada temu, co jest napisane na etykiecie. Jak to zrobić?
To całkiem proste. Wszystkie dane na ten temat zostały już podane powyżej. Podczas wykonywania czynności możesz na przykład sprawdzić pojemność akumulatora samochodowego. Aby to zrobić, składa się następujący schemat.
Rezystancję rezystora w obwodzie oblicza się ze wzoru:
Tutaj U jest napięciem akumulatora,
I – prąd rozładowania.
Prąd rozładowania dobierany jest w zależności od pojemności akumulatora samochodowego i cyklu rozładowania (10 lub 20 godzin). W praktyce do rozładowania wykorzystuje się najczęściej żarówkę samochodową o odpowiedniej mocy. Za pomocą multimetru możesz zmierzyć dokładną ilość prądu przepływającego przez obwód i zanotować czas, po którym napięcie spadnie do 10,8 wolta. Wynikowy czas pomnożony przez prąd będzie rzeczywistą pojemnością akumulatora samochodowego.
Pojęcie pojemności baterii
Pojemność akumulatora jest jedną z jego najważniejszych cech technicznych. Pod tym pojęciem rozumie się czas, przez jaki autonomiczne źródło energii jest w stanie zasilać podłączonych do niego odbiorców energii elektrycznej. Inaczej mówiąc, jest to maksymalna ilość prądu zgromadzona przez akumulator podczas pełnego cyklu ładowania. Jednostką pojemności jest Ah (amperogodzina), w przypadku małych akumulatorów jest to mAh (miliamperogodzina).
Przykład obliczenia wymaganej wydajności
Jak wiadomo, zużycie energii oblicza się w W, a pojemność akumulatora UPS-a w Ah. Aby obliczyć wymaganą pojemność akumulatora do zasilania konkretnego sprzętu, należy dokonać pewnych przeliczeń. Dla lepszego zrozumienia spójrzmy na konkretny przykład. Załóżmy, że istnieje obciążenie krytyczne o mocy 500 W, które wymaga podtrzymania przez 3 godziny. Ponieważ ilość zgromadzonej energii zależy nie tylko od pojemności akumulatora, ale także od jego napięcia, aby ją obliczyć, dzielimy całkowitą moc urządzeń nadmiarowych przez ich napięcie robocze (często mylone z napięciem obwodu otwartego w pełni naładowanego akumulatora). . W przypadku standardowego akumulatora 12 V wymagana pojemność akumulatora będzie wynosić:
Q= (Pt) / Vk
gdzie Q to wymagana pojemność akumulatora, Ah;
V – napięcie każdego akumulatora, V;
t – czas rezerwacji, h;
k jest współczynnikiem wykorzystania pojemności baterii (ilość energii elektrycznej dopuszczonej do wykorzystania przez odbiorców).
Konieczność wprowadzenia współczynnika wynika z możliwości niepełnego naładowania akumulatora. Oprócz tego silne (głębokie) rozładowanie po niewielkiej liczbie cykli ładowania i rozładowania prowadzi do przedwczesnego zużycia i awarii akumulatora. Przykładowo, jeśli nowy akumulator zostanie rozładowany do 30% całkowitej pojemności, a następnie natychmiastowo naładowany, wytrzymuje około 1000 takich cykli. Jeśli wartość rozładowania spadnie do 70%, liczba tych cykli zmniejszy się o około 200.
W sumie stwierdzamy, że do zasilania tego obciążenia przez określony czas konieczne będzie:
Q= 500,3/ 12,0,7 = 178,6 Ah.
Jest to minimalna wymagana pojemność akumulatora w rozpatrywanym przypadku. Idealnie byłoby, gdyby źródło energii miało niewielką rezerwę (około 20%), aby nie rozładowywać go za każdym razem do końca - pomoże to utrzymać wydajność baterii tak długo, jak to możliwe.
Q = 178,6 1,2 = 214,3 Ah.
Oznacza to, że aby rozwiązać ten problem niezbędny jest zakup akumulatorów o łącznej pojemności co najmniej 215 Ah. W przypadku korzystania z UPS w połączeniu z generatorem zaleca się zmniejszenie współczynnika korekcji pojemności do 0,4, ponieważ w takiej kombinacji akumulatory są najczęściej używane do utrzymania ciągłego zasilania do czasu włączenia elektrowni i przełączenia całego obciążenia To. Ponadto, jeśli wartość współczynnika 0,4 uwzględnia utratę pojemności akumulatora podczas jego starzenia, ze względu na specyfikę przetwornika impulsów i inne, wówczas średnio rozładowanie akumulatora może osiągnąć 50% jego pojemności nominalnej.
W przypadku, gdy do podtrzymania obciążenia wykorzystuje się kilka akumulatorów, ilość zgromadzonej w nich energii jest całkowicie niezależna od rodzaju ich połączenia - równoległe, szeregowe lub mieszane. Biorąc pod uwagę tę cechę, konieczne jest podstawienie napięcia jednego akumulatora do wzoru na określenie całkowitej pojemności akumulatorów, ale w tym przypadku dozwolone jest stosowanie wyłącznie akumulatorów o tych samych właściwościach technicznych.
Wskaźniki akumulatorów, z którymi nierozerwalnie wiąże się pojęcie pojemności
- Zależność pojemności akumulatora od prądu jego rozładowania.
Zależność ta opiera się na następującym fakcie: w przypadku podłączenia chronionego obciążenia do akumulatora bez użycia przetwornicy ilość prądu pobieranego przez akumulator pozostaje niezmieniona. W takim przypadku czas pracy podłączonych odbiorników elektrycznych zostanie określony jako stosunek wybranej mocy do pobieranego prądu. W bardziej znanej formie formuła ta jest zapisana w następujący sposób:
gdzie Q to pojemność akumulatora, Ah (mAh);
T – czas rozładowania akumulatora, godziny.
Jeśli mamy do czynienia z dużym poborem prądu, to rzeczywiste wskaźniki mocy często są niższe od nominalnych wskazanych w paszporcie.
- Zależność pojemności akumulatora od energii
Obecnie wśród użytkowników dość powszechne jest stwierdzenie, że pojemność akumulatora to wartość, która w pełni charakteryzuje jego energię elektryczną, akumulowaną przez akumulator przy jego 100% naładowaniu. To stwierdzenie nie jest całkowicie poprawne. W tym miejscu również należy zastrzec, że zdolność akumulatora do akumulacji energii zależy bezpośrednio od jego napięcia i im jest ono wyższe, tym więcej energii akumulator może zgromadzić. W rzeczywistości energię elektryczną definiuje się jako iloczyn prądu ładowania, napięcia akumulatora i czasu przepływu tego prądu:
gdzie W jest energią zgromadzoną w akumulatorze, J;
U – napięcie akumulatora, V;
I – stały prąd rozładowania akumulatora, A;
T – czas rozładowania akumulatora, godziny.
Z faktu, że iloczyn prądu i czasu ładowania daje nam pojemność akumulatora (jak omówiono powyżej), okazuje się, że energię elektryczną akumulatora oblicza się mnożąc napięcie znamionowe akumulatora i jego pojemność:
gdzie W jest energią zgromadzoną w akumulatorze, Wh;
Q – pojemność akumulatora, Ah;
U – napięcie akumulatora, V.
Gdy kilka akumulatorów o tej samej pojemności jest połączonych szeregowo, całkowity wskaźnik tego pakietu jest równy sumie pojemności wszystkich akumulatorów wchodzących w jego skład. W takim przypadku energia powstałego pakietu akumulatorów zostanie określona jako iloczyn energii elektrycznej jednego akumulatora i ich liczby.
- Pojęcie pojemności energetycznej akumulatora
Równie przydatnym wskaźnikiem dla konsumenta akumulatorów jest ich pojemność energetyczna, mierzona w jednostkach takich jak W/ogniwo. Koncepcja ta charakteryzuje zdolność akumulatora do pracy przez pewien krótki okres czasu, najczęściej nie dłuższy niż 15 minut, w trybie stałej mocy. Wskaźnik ten jest najbardziej rozpowszechniony w Stanach Zjednoczonych, jednak ostatnio zyskuje coraz większą popularność wśród konsumentów w wielu innych krajach. Aby przybliżyć obliczenie pojemności akumulatora mierzonej w Ah na podstawie jego pojemności energetycznej w W/ogniwo przez okres 15 minut, należy skorzystać ze wzoru:
W – pojemność energetyczna akumulatora, W/ogniwo.
- Pojęcie pojemności rezerwowej baterii
W przypadku akumulatorów samochodowych wyróżnia się inną cechę - pojemność rezerwową, która wskazuje zdolność akumulatora do zasilania urządzeń elektrycznych jadącego samochodu, gdy nie działa standardowy generator pojazdu. Parametr ten jest również lepiej znany w USA i nazywany jest „mocą rezerwową”. Mierzy się go w minutach rozładowania akumulatora prądem o wartości 25 A. Aby w przybliżeniu określić pojemność nominalną akumulatora na podstawie wskaźnika jego rezerwy, wyrażonego w minutach, należy skorzystać ze wzoru:
gdzie Q to pojemność akumulatora, Ah;
T – pojemność rezerwowa baterii, min.
Pojemność i poziom naładowania baterii (ładowanie)
Innym dość popularnym błędnym przekonaniem jest identyfikacja pojęć pojemności akumulatora i jego ładunku (ładunku). Postawmy kropkę nad „i”. Pojemność odnosi się do maksymalnego potencjału akumulatora, czyli ilości energii, jaką może zgromadzić w stanie pełnego naładowania. Ładunek z kolei reprezentuje energię niezbędną do zasilenia obciążenia w trybie autonomicznym. Stąd wniosek, że stopień naładowania tego samego akumulatora może być różny w zależności od czasu ładowania akumulatora, a wielkość jego pojemności w stanie rozładowanym i naładowanym jest taka sama. Tutaj możemy narysować analogię ze szklanką, do której nalewa się wodę. Objętość urządzenia będzie reprezentować pojemność - jest to wartość niezależna od tego, czy szklanka jest pełna, czy pusta, a nalana woda stanowi ładunek.
Od jakich innych czynników zależy pojemność baterii?
Prąd rozładowania
Wskaźniki pojemności akumulatorów znajdujące się w ich dokumentacji technicznej oraz na opakowaniu produktu podawane są przez producenta na podstawie wyników pomiarów testowych wykonanych według powyższego wzoru (Q = I T) przy standardowym czasie rozładowania (10, 20, 100 godzin itp.). Odpowiednio oznaczono pojemność - Q10, Q20 i Q100, a także prąd rozładowania - I10, I20 I100. W takim przypadku ilość prądu przepływającego przez obciążenie przy czasie rozładowania wynoszącym 20 godzin zostanie określona według wzoru:
Kierując się tą logiką, możemy założyć, że podczas wyładowania trwającego kwadrans (15 minut) prąd będzie równy Q20 x 4. Jednak tak nie jest, jak pokazuje praktyka w przypadku 15 minutowego rozładowania, pojemność standardowego akumulatora ołowiowego nie będzie większa niż połowa jego pojemności znamionowej. Odpowiednio wartość parametru I0,25 będzie nieco mniejsza niż Q20 x 2. Stąd możemy stwierdzić, że cechy takie jak czas i prąd rozładowania nie są do siebie proporcjonalne.
Końcowe napięcie rozładowania
Przy każdym rozładowywaniu akumulatora napięcie na nim stopniowo spada, a po osiągnięciu tzw. końcowego napięcia rozładowania konieczne jest odłączenie akumulatora. Co więcej, im niższa jest ta cecha, tym odpowiednio większa będzie rzeczywista pojemność akumulatora. Z reguły producenci wskazują na swoich akumulatorach minimalną wartość końcowego napięcia rozładowania, które z kolei zależy od prądu użytego do rozładowania akumulatora. Zdarzają się sytuacje, gdy napięcie źródła energii spada poniżej tej wartości (zapomnieli na czas wyłączyć akumulator lub nie można było tego zrobić, ponieważ nie można było odłączyć obciążenia od zasilania na dłuższy czas). Następuje wówczas zjawisko zwane głębokim rozładowaniem akumulatora. Jeśli akumulator jest często głęboko rozładowywany, może szybko ulec awarii.
Zużycie baterii
Jak powszechnie się przyjmuje, nowy akumulator ma pojemność nominalną (taką, jaką podaje producent). Jednak rzeczywista wartość tego wskaźnika może się nieznacznie różnić – będzie niższa od deklarowanej ze względu na długotrwałe przechowywanie w magazynie lub po kilku pełnych cyklach ładowania i rozładowania oraz krótkotrwałej pracy w trybie buforowym może nieznacznie wzrosnąć. Dalsze użytkowanie akumulatora, a także jego przechowywanie niezmiennie prowadzi do fizycznego zużycia źródła energii, jego starzenia się i stopniowej awarii.
Temperatura
Tak istotny czynnik jak temperatura otoczenia w miejscu użytkowania akumulatora ma ogromny wpływ na jego pojemność. Jeśli temperatura wzrośnie z 20°C do 40°C, pojemność akumulatora wzrośnie o 5%, a gdy spadnie do 0°C, spadnie średnio o 15%. Dalszy spadek temperatury powietrza powoduje spadek tego parametru o kolejne 25% w stosunku do wartości nominalnej.
Jak sprawdzić pojemność baterii?
Bardzo często właściciel zużytego akumulatora staje przed zadaniem określenia jego pojemności resztkowej. Klasycznym i naszym zdaniem najbardziej niezawodnym i skutecznym sposobem sprawdzenia rzeczywistej pojemności akumulatora jest rozładowanie próbne. Termin ten odnosi się do następującej procedury. Akumulator jest najpierw w pełni naładowany, następnie rozładowany prądem stałym i mierzony jest czas jego całkowitego rozładowania. Następnie pojemność akumulatora oblicza się za pomocą znanego już wzoru:
Dla większej dokładności obliczeń lepiej tak dobrać wartość stałego prądu rozładowania, aby czas rozładowania wynosił około 10 lub 20 godzin (zależy to od czasu rozładowania, przy którym producent obliczył nominalną pojemność akumulatora). Następnie uzyskane dane porównuje się z danymi paszportowymi i jeżeli pojemność resztkowa jest o 70-80% mniejsza niż pojemność nominalna, należy wymienić akumulator, gdyż jest to wyraźna oznaka silnego zużycia akumulatora i jego dalsze zużycie będzie zachodzą w przyspieszonym tempie.
Głównymi wadami tej metody są złożoność i pracochłonność realizacji, a także konieczność wycofywania akumulatorów z eksploatacji na dość długi okres czasu. Obecnie większość urządzeń wykorzystujących do działania akumulatory posiada funkcję autodiagnostyki – szybkiego (w ciągu zaledwie kilku sekund) sprawdzenia stanu i wydajności źródeł energii, jednak dokładność takich pomiarów nie zawsze jest wysoka.
Pojemność baterii- jest to ilość energii elektrycznej, którą w pełni naładowany akumulator może dostarczyć przy określonym trybie rozładowania i temperaturze od napięcia początkowego do końcowego. Jednostką SI dla ładunku elektrycznego jest kulomb (1C), ale w praktyce pojemność zwykle wyraża się w amperogodzinach (Ah).
Pojemność mierzy się w amperogodzinach i określa według wzoru:
C=Iptp,
gdzie C to pojemność, Ah;
p - siła prądu rozładowania, A;
tp - czas rozładowania, H.
Wydajność nominalna- pojemność, jaką powinien zapewnić nowy, w pełni naładowany akumulator w normalnych warunkach rozładowania, określonych w normie dla tego akumulatora. W takim przypadku napięcie nie powinno spaść poniżej określonej wartości.
Ponieważ pojemność zależy od prądu rozładowania i końcowego napięcia rozładowania, oznaczenie akumulatora wskazuje pojemność odpowiadającą konkretnemu trybowi rozładowania. W przypadku akumulatorów rozruchowych pojemność nominalną przyjmuje się po 20 godzinach, podczas postoju po 10 godzinach, przyczepność po 5 godzinach rozładowania.
Przykład oceny pojemności akumulatora przy 20-godzinnym trybie rozładowania prądem 0,05C20 (prąd równy 5% pojemności nominalnej). mi Jeśli pojemność akumulatora wynosi 55Ah, to rozładowując go prądem 2,75A, zostanie całkowicie rozładowany w ciągu 20 godzin. Podobnie w przypadku akumulatorów o pojemności 60Ah całkowite 20-godzinne rozładowanie nastąpi przy nieco większym prądzie rozładowania - 3A.
Pojemność ładowania- ilość energii elektrycznej pobieranej przez akumulator podczas ładowania. Pojemność ładowania akumulatora jest zawsze większa niż pojemność rozładowania z powodu strat energii w wyniku reakcji ubocznych i procesów.
Zwrot pojemności to stosunek ilości energii elektrycznej otrzymanej z akumulatora podczas rozładowywania do ilości energii elektrycznej wymaganej do naładowania akumulatora do stanu pierwotnego w określonych warunkach.
To zależy od kompletności ładunku. Część ładunku jest tracona w wyniku tworzenia się gazu, co zmniejsza współczynnik odrzutu.
Pozostała pojemność- wartość odpowiadająca ilości energii elektrycznej, jaką może wytworzyć częściowo rozładowany akumulator, gdy tryb rozładowania jest ustawiony na ostateczne rozładowanie.
Pojemność rezerwowa baterii- czas, w którym akumulator może zapewnić działanie odbiorców w trybie awaryjnym. Wartość pojemności rezerwowej wyrażona w minutach jest ostatnio coraz częściej wskazywana przez producentów akumulatorów rozruchowych po wartości prądu zimnego rozruchu.
Przy stałym prądzie ładowania l, pojemność ładowania C = It, gdzie t to czas ładowania.
Pojemność mierzona jest do momentu, gdy napięcie przynajmniej jednego ogniwa akumulatora spadnie do wartości regulowanej dla danego trybu rozładowania.
W trakcie okresu użytkowania pojemność akumulatora ulega zmianie. Na początku okresu użytkowania wzrasta wraz ze wzrostem masy czynnej płytek. Podczas pracy pojemność pozostaje stabilna przez pewien czas, a następnie zaczyna stopniowo spadać w wyniku starzenia się masy czynnej płyt.
Pojemność akumulatora zależy od ilości materiału aktywnego i konstrukcji elektrod, ilości i stężenia elektrolitu, wielkości prądu rozładowania, temperatury elektrolitu, stopnia zużycia akumulatora, obecności i inne czynniki.
Wraz ze wzrostem prądu rozładowania pojemność akumulatora maleje. Akumulatory w trybach wymuszonego rozładowania charakteryzują się mniejszą pojemnością niż akumulatory rozładowywane w dłuższych trybach (niski prąd). Dlatego akumulatory mogą mieć symbole oznaczające 3, 5, 6, 10, 20 i 100 godzin rozładowania. W takim przypadku pojemności tego samego akumulatora będą zupełnie inne. Najmniejszy będzie przy wyładowaniu 3-godzinnym, największy przy wyładowaniu 100-godzinnym.
Wraz ze wzrostem wydajności pojemność wzrasta, ale przy zbyt wysokich temperaturach maleje.Dzieje się tak dlatego, że wraz ze wzrostem temperatury elektrolit łatwiej wnika w pory masy aktywnej, gdyż zmniejsza się jego lepkość i wzrasta opór wewnętrzny.Dlatego w reakcji wyładowania bierze udział większa masa aktywna niż podczas ładowania prowadzonego w niższej temperaturze.
6. Od czego zależy pojemność baterii?
Prąd rozładowania
O Zazwyczaj producent przypisuje pojemność nominalną akumulatora kwasowo-ołowiowego do długotrwałych (10, 20 lub 100 godzin) rozładowań. Pojemność akumulatora przy takich rozładowaniach określa się jako C 10, C 20 lub C 100. Możemy obliczyć prąd płynący przez obciążenie podczas 20-godzinnego (na przykład) rozładowania - I 20:
I 20 [A] = E 20 [A*godzina] / 20[godzina]
Z Czy to oznacza, że przy 15-minutowym (1/4 godziny) rozładowaniu prąd będzie równy E 20 x 4? Nie, to nie prawda. Przy 15-minutowym rozładowaniu pojemność akumulatora kwasowo-ołowiowego wynosi zwykle nieco mniej niż połowę jego pojemności znamionowej. Dlatego prąd I 0,25 nie przekracza E 20 x 2. To znaczy Prąd rozładowania i czas rozładowania akumulatora ołowiowego nie są do siebie proporcjonalne.
Z Zależność czasu rozładowania od prądu rozładowania jest bliska prawu mocy. W szczególności szeroko rozpowszechniona jest formuła (prawo) Peukerta - nazwana na cześć niemieckiego naukowca Peukerta. Peukert stwierdził, że:
I P * T = stała
Tutaj p jest liczbą Peukerta – wykładnikiem stałym dla danego akumulatora lub typu akumulatora. Wzór Peukert'a odnosi się również do nowoczesności uszczelnione akumulatory kwasowo-ołowiowe.
D W przypadku akumulatorów kwasowo-ołowiowych liczba Peukert zwykle mieści się w zakresie od 1,15 do 1,35. Wartość stałej po prawej stronie równania można wyznaczyć na podstawie nominalnej pojemności akumulatora. Następnie po kilku przekształceniach otrzymujemy wzór na pojemność akumulatora E przy dowolnym prądzie rozładowania I:
mi = mi N * (I N /I) p-1
Tutaj En jest nominalną pojemnością akumulatora, a In jest prądem rozładowania, przy którym ustawiona jest pojemność nominalna (zwykle jest to 20-godzinny lub 10-godzinny prąd rozładowania).
Końcowe napięcie rozładowania
P W miarę rozładowywania akumulatora napięcie na akumulatorze spada. Po osiągnięciu końcowego napięcia rozładowania akumulator zostaje odłączony. Im niższe końcowe napięcie rozładowania, tym większa pojemność akumulatora. Producent akumulatora ustala minimalne dopuszczalne końcowe napięcie rozładowania (zależy to od prądu rozładowania). Jeśli napięcie akumulatora spadnie poniżej tej wartości (głębokie rozładowanie), akumulator może ulec uszkodzeniu.
Temperatura
P Kiedy temperatura wzrasta z 20 do 40 stopni Celsjusza, pojemność akumulatora ołowiowego wzrasta o około 5%. Gdy temperatura spadnie z 20 do 0 stopni Celsjusza, pojemność baterii spada o około 15%. Gdy temperatura spadnie o kolejne 20 stopni, pojemność baterii spada o kolejne 25%.
Zużycie baterii
mi Pojemność dostarczonego akumulatora kwasowo-ołowiowego może być nieco większa lub nieco mniejsza od pojemności nominalnej. Po kilku cyklach rozładowania lub kilku tygodniach ładowania „pływającego” (w buforze) pojemność akumulatora wzrasta. Podczas dalszego użytkowania lub przechowywanie baterii Spada pojemność akumulatora – akumulator się zużywa, starzeć się i po pewnym czasie należy go wymienić na nowy. Aby wymienić akumulator na czas, lepiej monitorować zużycie akumulatora za pomocą nowoczesnego testera pojemności akumulatora - Wskaźnik pojemności akumulatora kwasowo-ołowiowego „Zawieszka”
7. Jak sprawdzić pojemność akumulatora kwasowo-ołowiowego?
DO metoda klasyczna sprawdzenie baterii jest cyfrą kontrolną. Akumulator jest ładowany, a następnie rozładowywany prądem stałym, rejestrując czas do osiągnięcia końcowego napięcia rozładowania. Następnie określ pozostałą pojemność akumulatora, korzystając ze wzoru:
E [A*godzina]= I [A] * T [godzina]
T Czas rozładowania dobiera się zwykle tak, aby czas rozładowania wynosił około 10 lub 20 godzin (w zależności od czasu rozładowania, dla którego wskazana jest nominalna pojemność akumulatora). Teraz możesz porównać pozostałą pojemność akumulatora z pojemnością nominalną. Jeżeli pojemność resztkowa jest mniejsza niż 70-80% pojemności znamionowej, akumulator zostaje wycofany z eksploatacji, gdyż przy takim zużyciu następuje dalsze starzenie się baterii nastąpi bardzo szybko.
N Wady tradycyjnej metody monitorowania pojemności baterii są oczywiste:
złożoność i pracochłonność;
wycofywania baterii z użytku na dłuższy okres czasu.
Na szybko test baterii Teraz istnieją specjalne urządzenia, które pozwalają sprawdzić pojemność baterii w ciągu kilku sekund.
