Емкость аккумулятора от блока питания

Выбор аккумулятора для бесперебойника для дома

Источники бесперебойного питания являются гарантией работы любой бытовой техники, несмотря на возможное отключение энергоснабжения. Поэтому ИБП пользуются большим спросом, особенно в сельской местности, где перебои с электричеством давно стали нормой. Важнейшим элементом системы аварийного питания являются аккумуляторы для ИБП.

Показатели качества аккумуляторов

Как говорят специалисты, аккумуляторы бывают хорошие и плохие, но это достаточно субъективная оценка. Какие же параметры на самом деле могут быть показателями качества?

Приведем некоторые из них:

• Прежде всего, оценивается количество зарядно-разрядных циклов. От этого зависит срок службы аккумулятора, а, следовательно, и работа резервного источника питания;
• Следующий показатель качества это потеря заряда или саморазряд. Некоторые типы аккумуляторных батарей способны длительное время держать заряд, а некоторые разряжаются довольно быстро;
• При выборе аккумулятора следует так же обращать внимание на разброс температур, при которых производитель гарантирует работоспособность изделия без ухудшения его характеристик.

Выбор аккумулятора для ИБП

Аккумулятор для бесперебойного питания выбирается по электрическим характеристикам и конструкции. Электрические параметры практически не зависят от конструкции изделия и одинаковы для разных типов аккумуляторных батарей.

К основным электрическим характеристикам относятся следующие параметры:

• Ёмкость аккумулятора в А/час;
• Номинальное напряжение;
• Количество зарядно-разрядных циклов;
• Максимальная глубина разряда;
• Саморазряд;
• Внутреннее сопротивление;
• Зарядный ток;
• Рабочая температура.

Как определить необходимую ёмкость?

Одним из основных параметров, по которому осуществляется выбор аккумулятора – это его ёмкость. От этой величины зависит время, в течение которого бытовая техника будет обеспечена электрической энергией в случае отключения основной сети. Для обозначения ёмкости аккумуляторной батареи используется единица А/ч (ампер/час). Она обозначает, какой ток будет отдаваться в нагрузку за единицу времени.

Так, аккумуляторная батарея ёмкостью 50 А/ч сможет обеспечить ток 50 ампер в течение одного часа или 5 ампер в течение 10 часов. Наиболее широкое распространение получили аккумуляторные батареи имеющие ёмкость от 50 до 200 А/ч.

Для определения времени бесперебойного питания следует использовать несложную формулу:

• Q – ёмкость аккумуляторной батареи;
• P – известная мощность нагрузки в ваттах;
• t – требуемое время резервирования;
• V – номинальное напряжение аккумулятора;
• K – коэффициент использования ёмкости.

Пример: имеется активная нагрузка 140 Вт, которая должна работать без перерыва при отключении напряжения, в течение 5 часов. Напряжение питания аккумуляторной батареи равно 12 В, а коэффициент использования ёмкости обычно составляет 0,6-0,8.

Подставляем величины в формулу:

Получаем, что емкость аккумулятора для обеспечения напряжением данной нагрузки в течение 5 часов должна равняться 83,3 А/ч. Таким образом выбираем ближайший по номиналу аккумулятор 100 А/ч.

Другие критерии выбора

Напряжение и количество циклов. Аккумулятор для бесперебойника может иметь стандартное напряжение соответствующее 12, 24 или 48 вольтам. Количество зарядно-разрядных циклов это, как правило, срок службы конкретного аккумулятора.

Их число может варьироваться от 200 до 1000, в зависимости от конструкции аккумулятора. При этом учитывается максимально допустимый полный разряд. Если аккумулятор разряжается до какой-то промежуточной величины, то число циклов заметно возрастает.

Глубина разряда. У любого аккумулятора имеется важный параметр – это максимально допустимая глубина разряда. Ни один аккумулятор не допускает без ущерба для своей конструкции полного, что называется до нуля, разряда. В паспорте на батарею всегда указывается допустимый и рекомендованный уровень разряда.

Некоторые модели очень критичны к глубине разряда. Превышение этой величины у кислотных батарей со свинцовыми электродами может привести к полному выходу изделия из строя. Менее подвержены этому дефекту современные никель-кадмиевые аккумуляторы.

Саморазряд. Аккумуляторная батарея для ИБП, которая установлена в бесперебойный источник питания, не подвержена саморазряду, поскольку она всегда подключена к зарядному устройству. Под понятием саморазряд подразумевается потеря аккумулятором части заряда в результате длительного хранения.

Кислотные батареи могут лишиться до 50% своей ёмкости при хранении в нормальных условиях (+20°C) в течение года. Очень важно, при выборе и покупке аккумулятора обращать внимание на дату изготовления. Если батарея была изготовлена 3-4 года назад и всё это время хранилась на складе, приобретать её не стоит.

Такой параметр как внутреннее сопротивление аккумулятора иногда упоминается в технических статьях, но подробной информации об этом параметре мало. В документации на аккумуляторную батарею эта величина может быть указана, а может и отсутствовать. Внутреннее сопротивление батареи представляет собой совокупность сопротивления электролита, пластин, контактов и всего прочего. Этот параметр не является постоянной величиной и в процессе разряда аккумулятора может изменяться. Повлиять на этот параметр невозможно, поэтому при выборе аккумулятора для резервного источника питания лучше всего не обращать на него внимания. Единственным критерием здесь может служить только одно – чем меньше внутреннее сопротивление аккумулятора, тем лучше, поскольку меньше энергии будет расходоваться на внутренние потери.

Ток заряда. Ток заряда аккумулятора указывается в документации на резервный источник питания. Обычно зарядный ток должен составлять приблизительно 10 % от ёмкости батареи. Ток в 5 ампер подойдёт для заряда аккумуляторов на 50 А/ч, но им допускается заряжать батареи до 100 А/ч. Поскольку аккумуляторы на 100 А/ч в источниках резервного питания используются чаще других, то оптимальным зарядным током будет ток 10 ампер.

Температура эксплуатации. Очень важным для батареи энергопитания может быть температура эксплуатации. Особенно негативно на работу влияет повышенная температура. При работе в сложных условиях гораздо быстрее происходит разряд батарей, а время её службы заметно сокращается. Постоянная работа при температуре повышенной до +30°C может на 25-30 % сократить срок службы батареи.

В устройствах бесперебойного питания имеется место для установки штатного аккумулятора, но некоторые ИБП допускают подключение дополнительных батарей для увеличения срока работы внешних устройств при отключении основной сети.

Виды аккумуляторов

АКБ для ИБП могут быть самых разных конструкций. Некоторые известны уже несколько десятков лет, некоторые разработаны сравнительно недавно, но уже успели приобрести большую популярность благодаря своим высоким техническим характеристикам.

Аккумуляторы можно разделить на несколько групп:

• Батареи с кислотным электролитом и свинцовыми электродами;
• Аккумуляторы с гелевым электролитом;
• AGM батареи;
• Ni-Cd аккумуляторы;
• Батареи Li-ion, Li-PO.

Аккумуляторы с жидким электролитом

Они представляют собой негерметизированную ёмкость с электродами из свинца. В качестве электролита используется раствор серной кислоты. Аккумуляторы выделяют водород, и сернокислотные пары, что ограничивает их применение в бытовых помещениях.

Такие аккумуляторы могут использоваться как дополнительные батареи при возможности их размещения в отдельных вентилируемых помещениях. Батареи отличаются низкой стоимостью, надёжностью и большим количеством зарядно-разрядных циклов

Гелевые аккумуляторы

Эта конструкция представляет собой дальнейшее развитие кислотных батарей. Благодаря добавке загустителя на основе кремния, жидкий электролит превращается в желеобразную массу. Гелевые аккумуляторы для ИБП полностью герметичны, не выделяют токсичные вещества и очень надёжны. Они обладают большой ёмкостью и большим количеством циклов разряда-заряда. GEL-аккумуляторы очень критичны к глубокому разряду, и стоят дороже аккумуляторов с жидким электролитом.

Аккумуляторы с AGM технологией

Результатом дальнейшей модернизации гелевых аккумуляторов стало появление AGM источников питания. Они считаются современными и перспективными моделями. В этих батареях жидкий компонент абсорбирован специальным пористым материалом. Батареи можно эксплуатировать в любом положении. Они обладают очень маленьким внутренним сопротивлением.

AGM аккумуляторы для ИБП отличаются большой ёмкостью, надёжностью и продолжительным сроком работы. Такие источники чаще других применяются в резервных блоках питания.

Никель-кадмиевые батареи

Эти типы аккумуляторов отличаются большим количеством зарядных циклов и большой удельной ёмкостью. Они обладают малым саморазрядом и могут эксплуатироваться в широком диапазоне температур. Эти батареи компактны и обладают малым саморазрядом.

Ограничение на их использование накладывает высокая цена и применение в конструкции соединений кадмия, которые очень ядовиты, что осложняет не только их эксплуатацию, но и утилизацию.

Аккумуляторы с Li-электродами

Литий-ионные и литий-полимерные аккумуляторы, с развитием инновационных технологий получают всё большее распространение. Эти батареи при компактных размерах имеют большую ёмкость и могут обеспечить энергией потребителя большой мощности.

Литиевые аккумуляторы не теряют ёмкость в процессе работы и обладают очень незначительным саморазрядом. Недостатками являются их высокая стоимость и малый диапазон рабочих температур.

Аккумулятор от компании «Энергия»

Известная российская компания «Энергия», выпускающая электрические приборы и системы, производит как источники резервного питания, так и аккумуляторы к ним. Аккумулятор для бесперебойника 12 вольт и ёмкостью 100 А/ч можно считать самым востребованным.

Обычно принято считать, что 50 А/ч – это маловато, 200 А/ч имеет большие размеры и стоит дорого, а батарею на 100 А/ч по соотношению ёмкость-цена можно считать самым оптимальным вариантом для источника аварийного питания.

Аккумулятор «Энергия» 12-100 выполнен по самой современной AGM технологии. Он допускает большое количество разрядно-зарядных циклов, обладает минимальным саморазрядом и рассчитан на 12-летний срок службы.

Аккумулятор для ИБП 12V будет служить длительное время при соблюдении элементарных правил эксплуатации:

• Избегать глубокого разряда;
• Не эксплуатировать батарею при критических температурах.

Приобретать аккумуляторные батареи лучше всего у надёжных отечественных производителей.

Источник

Что такое емкость аккумулятора? Методика ее расчета

Понятие емкости АКБ

Емкость аккумуляторной батареи является одной из ее важнейших технических характеристик. Под этим термином понимают количество времени, которое способен питать источник автономной энергии подключенных к нему электропотребителей. Другими словами – это максимальное количество электроэнергии, накапливаемое АКБ за полный цикл зарядки. Единицей измерения емкости является А·ч (ампер-час), для небольших батарей – мА·ч (миллиампер-час).

Пример расчета необходимой емкости

Как известно, расчет потребленной мощности производится в Вт, а емкость батареи для ИБП – в А·ч. Чтобы рассчитать требуемую емкость аккумуляторов для питания той или иной техники, необходимо произвести некоторый пересчет. Для лучшего понимания рассмотрим конкретный пример. Допустим, имеется критичная нагрузка 500 Вт, требующая резервирования в течение 3 часов. Так как величина накопленной энергии зависит не только от емкости батареи, но и ее напряжения, для расчета делим общую мощность резервируемого оборудования на их рабочее напряжение (часто путают с напряжением холостого хода полностью заряженной батареи). Для стандартного 12В аккумулятора, величина необходимой емкости батареи составит:

Q= (P· t) / V· k

где Q – необходимая емкость аккумулятора, А·ч;

P – имеющаяся нагрузка, Вт;

V – напряжение каждой аккумуляторной батареи, В;

t – время резервирования, ч;

k – коэффициент использования емкости аккумуляторов (количества электрической энергии, допустимой к использованию потребителями).

Необходимость введения коэффициента k обусловлена возможностью неполного заряда АКБ. Вдобавок к этому, сильный (глубокий) разряд, следующий после небольшого количества рабочих циклов заряда и разряда, ведет к преждевременному износу и выходу из строя батареи. К примеру, если новый аккумулятор разряжать на 30% от его общей емкости, после чего сразу производить его зарядку, способен выдержать около 1000 подобных циклов. В случае если величина разряда уменьшится до 70%, то количество данных циклов снизится примерно на 200.

Итого, получаем, что для питания данной нагрузки в течение указанного периода времени потребуется:

Q= 500·3/ 12·0,7 = 178,6 А·ч.

Это минимально необходимая емкость аккумуляторных батарей для рассматриваемого случая. В идеале лучше брать источник энергии с небольшим запасом (около 20%) для того, чтобы каждый раз не разряжать его полностью – это поможет сохранить рабочие характеристики батареи в течении как можно большего периода времени.

Q= 178,6·1,2 = 214,3 А·ч.

Значит для решения поставленной задачи необходимо приобрести аккумуляторы суммарной емкостью не менее 215 А·ч. При использовании ИБП в паре с генератором величину поправочного коэффициента емкости рекомендуется снизить до 0,4, поскольку в такой связке батареи чаще всего применяются для поддержания непрерывного электропитания, пока не включится электростанция и вся нагрузка не переключится на нее. При этом если в значение коэффициента 0,4 закладывать потери емкости аккумулятора при его старении, обусловленные особенностью импульсного преобразователя и другие, то в среднем разряд аккумулятора может достигать 50% от его номинальной емкости.

В том случае, когда для резервирования нагрузки используется несколько аккумуляторов, количество накопленной в них энергии абсолютно не зависит от типа их соединения – параллельного, последовательного, либо смешанного. Учитывая данную особенность необходимо подставлять в формулу определения суммарной емкости аккумуляторов напряжение одной батареи, но при этом допускается использование только АКБ с одинаковыми техническими характеристиками.

Показатели аккумуляторных батарей, с которыми неразрывно связано понятие емкости

1. Зависимость емкости аккумулятора от тока его разряда.

В основе данной зависимости лежит следующий факт: когда защищаемая нагрузка подключается к аккумулятору без использования преобразователя, то величина тока, потребляемого батареей неизменна. При этом время функционирования подключенных электропотребителей определится, как отношение отбираемой емкости к потребляемому току. В более привычном виде данная формула записывается следующим образом:

Q = I·T

где Q – емкость аккумулятора, А·ч (мА·ч);

I – постоянный ток разряда аккумулятора, А;

T – время разряда батареи, ч.

Если имеем дело с большими величинами потребляемого тока, то реальные показатели мощности зачастую ниже номинальных, указанных в паспорте.

2. Зависимость емкости аккумулятора от энергии

Сегодня среди пользователей достаточно распространенным является мнение о том, что емкость аккумуляторной батареи является величиной, полностью характеризующей его электрическую энергию, накопленной АКБ заряженной на 100%. Это утверждение является не совсем корректным. Здесь еще необходимо сделать оговорку на то, что способность накапливать энергию у батареи напрямую зависит от ее напряжения и чем оно будет выше, тем большее количество энергии сможет накопить аккумулятор. На самом деле электрическая энергия определяется как произведение показателей тока заряда, напряжения батареи и времени протекания этого тока:

где W – энергия накопленная батареей, Дж;

U – напряжение аккумулятора, В;

I – постоянный ток разряда аккумулятора, А;

T – время разряда батареи, ч.

Исходя из того, что произведение тока и времени заряда дает нам емкость АКБ (как было рассмотрено выше), то получается, что электрическая энергия аккумулятора находится путем перемножения номинального напряжения батарее и ее емкости:

где W – энергия накопленная батареей, Вт·ч;

Q – емкость аккумулятора, А·ч;

U – напряжение аккумулятора, В.

При последовательном подключении нескольких аккумуляторов одинаковой емкости, общий показатель данной связки равен сумме емкостей всех АКБ, входящий в ее состав. В таком случае энергия полученного аккумуляторного блока определится, как произведение электроэнергии одной батареи на их количество.

3. Понятие энергетической емкости аккумулятора

Не менее полезным для потребителя показателем аккумуляторных батарей является их энергетическая емкость, измеряемая в таких единицах, как Вт/элемент. Данное понятие характеризует способность аккумулятора за определенный непродолжительный период времени, который чаще всего составляет не более 15 минут, в режиме постоянной мощности. Наибольшее распространение данный показатель получил в США, но в последнее время набирает популярность и среди потребителей многих других стран. Для приближенного расчета емкости аккумуляторной батареи, измеряемой в А·ч по величине его энергетической емкости в Вт/элемент для периода 15 минут, пользуются формулой:

Q = W/4

где Q – емкость аккумулятора, А·ч;

W – энергетическая емкость аккумулятора, Вт/элемент.

4. Понятие резервной емкости аккумулятора

Для автомобильных аккумуляторов выделяют еще одну характеристику – резервную емкость, которая говорит о способности батареи питать электрооборудование движущегося авто, когда штатный генератор транспортного средства не работает. Данный параметр также больше известен в США и называется «reserve capacity». Он измеряется в минутах разряда батареи величиной тока в 25 А. Для приблизительной оценки номинальной емкости аккумулятора по его показателю резервной емкости, указной в минутах, необходимо воспользоваться формулой:

Q = T/2

где Q – емкость аккумулятора, А·ч;

T – резервная емкость аккумулятора, мин.

Емкость аккумулятора и его заряд (заряженность)

Еще одним достаточно популярным заблуждением является отождествление понятий емкости батареи для и ее заряда (заряженности). Расставим все точки над «и». Под емкостью понимают максимальный потенциал аккумулятора, то есть количество энергии, которое он сможет накопить в полностью заряженном состоянии. Заряд же в свою очередь и представляет собой эту энергию, необходимую для питания нагрузки в автономном режиме. Отсюда вывод, что величина заряда одной и той же батареи может быть разной в зависимости от времени зарядки АКБ, а величина ее емкости в разряженном и заряженном состоянии одинакова. Здесь можно провести аналогию со стаканом, в который наливают воду. Объем прибора и будет представлять собой емкость – это величина не зависящая от того полный стакан или пустой, а самая наливаемая вода – это заряд.

От каких факторов еще зависит емкость аккумулятора?

Ток разряда

Те показатели емкости аккумуляторов, которые можно встретить в их технической документации и на корпусе изделия, производитель указывает исходя из результатов тестовых замеров, производимых по вышеуказанной формуле (Q = I·T) при стандартной длительности разряда (10, 20, 100 часов и т.д.). Соответственно обозначается и емкость – Q10, Q20 и Q100, а также ток разряда – I10, I20 и I100. В таком случае величина тока, протекающего через нагрузку при времени разряда 20 часов определится по формуле:

I20= Q20/20

Следуя данной логике можно предположить, что при разряде, длящемся четверть часа (15 мин) ток будет равен Q20 х 4. Однако это не так, как показывает практика, в случае 15-минутного разряда емкость стандартной свинцовой батареи составит не более половины его номинальной емкости. Соответственно величина параметра I0,25 будет чуть менее Q20 х 2. Отсюда можно сделать вывод, что такие характеристики, как время и ток разряда являются не пропорциональными друг другу.

Конечное напряжение разряда

Каждый раз при разряде аккумулятора напряжение на нем постепенно падает, а по достижению так называемого конечного напряжения разряда обязательно необходимо произвести отключение АКБ. При этом, чем ниже данная характеристика, тем соответственно выше будет фактическая емкость батареи. Как правило, производители указывают на собственных аккумуляторах минимальную величину конечного напряжения разряда, которая в свою очередь зависит от того каким током производится разряд. Случаются ситуации, когда напряжения источника энергии падает ниже этой величины (забыли вовремя отключить аккумулятор или этого нельзя было сделать, так как в течение длительного периода нельзя было обесточивать нагрузку). Тогда возникает явление, называемое глубоким разрядом АКБ. Если часто допускать глубокий разряд батареи, она может быстро выйти из строя.

Износ аккумулятора

Как принято считать, новый аккумулятор обладает номинальной емкостью (той, которую указывает производитель). Однако реальная величина данного показателя может немного отличаться – быть меньше заявленной по причине длительного хранения на складе, либо после нескольких полных циклов заряда и разряда и непродолжительной работы в буферном режиме немного увеличиться. Дальнейшая эксплуатация батареи, а также его хранение неизменно ведут к физическому изнашиванию источника энергии, его старению и постепенному выходу из строя.

Температура

Такой важный фактор, как окружающая температура в месте, где используется аккумулятор, очень сильно влияет на емкость последнего. В случае повышения температуры с 20°С до 40°С показатель емкости батареи возрастает на 5%, а при снижении до 0°С – уменьшается в среднем на 15%. Дальнейшее понижение температуры воздуха ведет к падению указанного параметра еще на 25% относительно номинальной величины.

Как проверить емкость аккумулятора?

Очень часто перед владельцем б/у аккумулятора встает задача определения его остаточной емкости. Классическим и нужно отдать должное самым надежным и эффективным способом проверки фактической емкости аккумулятора считается контрольный разряд. Под данным термином понимают следующую процедуру. Аккумуляторную батарею сперва полностью заряжают, после чего выполняют ее разряд постоянным током, при этом замеряют время, за которое она полностью разрядится. После этого рассчитывают емкость АКБ по уже известной формуле:

Величину постоянного тока разряда для большей точности расчета лучше подбирать таким образом, чтобы время разряда составляло около 10 или 20 часов (это зависит от времени разряда, при котором была рассчитана номинальная емкость батареи производителем). Затем полученные данные сравнивают с паспортными, и в случае если остаточная емкость будет меньше номинальной на 70-80%, АКБ подлежит замене, так как это явный признак сильного износа аккумулятора и его дальнейший износ будет протекать ускоренными темпами.

Основными недостатками данного метода являются сложность и трудоемкость в реализации, а также необходимость выведения аккумуляторов из эксплуатации на достаточно продолжительный период времени. Сегодня в большинстве устройств, использующих для своей работы аккумуляторные батареи, имеется функция самодиагностики – быстрой (всего за пару секунд) проверки состояния и работоспособности источников энергии, однако точность таких измерений не всегда высока.

Источник