Что такое емкость аккумулятора и от чего она зависит

Взглянув на маркировку любого современного аккумулятора, будь то литий-ионный аккумулятор сотового телефона или свинцово-кислотный аккумулятор от источника бесперебойного питания, — мы всегда сможем найти там сведения не только о номинальном напряжении данного источника питания, но и о его электрической емкости.

Обычно это цифры вроде: 2200 mAh (читается как 2200 миллиампер-часов), 4Ah (4 ампер-часа) и т. д. Как видите, для измерения электрической емкости аккумулятора применяется внесистемная единица измерения — Ah (Ampere hour) — «ампер-час», а вовсе не «фарад» как для конденсаторов. И часы здесь фигурируют отнюдь не просто так, а по той причине, что обычный аккумулятор, в отличие от обычного конденсатора, способен питать нагрузку буквально часами.

Если попытаться объяснить совсем просто, то емкость аккумулятора в ампер-часах — это численное выражение того, как долго данный аккумулятор сможет питать нагрузку с определенным током потребления.

Например, если аккумулятор с номинальным напряжением 12 вольт полностью заряжен, при том имеет емкость 4 Ah, то это значит, что нагрузку с током потребления в 0,4 ампера, с номинальным напряжением в 12 вольт, данный аккумулятор будет в состоянии питать на протяжении 10 часов, пока не наступит состояние, при котором дальнейший его разряд станет опасным для рабочих характеристик. А через нагрузку с током потребления в 1 ампер, этот же аккумулятор будет разряжаться 4 часа (теоретически разумеется).

Конечно, для каждого аккумулятора существует ограничение по максимально допустимому разрядному току, и чем выше будет разрядный ток — тем ниже окажется линейность разрядной характеристики, и тем быстрее аккумулятор будет садиться по сравнению с расчетным временем.

Минимально допустимое напряжение, до которого можно разряжать аккумулятор, также регламентируется и всегда указывается в документации на конкретный аккумулятор, как и максимальное безопасное напряжение, выше которого заряжать аккумулятор уже очень не желательно.

Так например типичное для литий-ионного аккумулятора на 3,7 вольт, предельно допустимое минимальное напряжение разряда составляет 2,75 вольт, а максимальное — 4,25 вольт. Если разрядить литиевый аккумулятор до менее чем 2,75 вольт, то аккумулятор начнет терять емкость, а если перезарядить его сверх меры — может взорваться.

Для свинцово-кислотного аккумулятора на 12 вольт, предельно безопасный минимум равен 9,6 вольт, а максимум, до которого можно заряжать, составляет 13 вольт и т. д.

Как видите, в сведениях о емкости (в ампер-часах) вольты не упоминаются вовсе. А между тем, если перевести часы в секунды, а затем величину емкости умножить на напряжение аккумулятора, то получим величину энергии заряда данного аккумулятора в джоулях:

Так или иначе, емкость исправного аккумулятора практически не зависит от напряжения на его клеммах в текущий момент. А вот когда мы произносим «заряд аккумулятора», то имеем ввиду уже не емкость, а как раз то напряжение, до которого аккумулятор сейчас заряжен. Если аккумулятор заряжен до номинального напряжения, то можно рассчитывать на ту емкость, которой аккумулятор в этот момент обладает. Если же аккумулятор разряжен, то его емкость уже не имеет значения.

При этом реальная емкость аккумулятора, как можно видеть по семейству разрядных характеристик, сильно зависит от величины тока разряда. 10-часовой разряд и 10-минутный разряд, например для свинцово-кислотного аккумулятора (см. рисунок выше), покажут разницу в емкости приблизительно вдвое!

Можно обнаружить даже более-менее точную математическую зависимость между разрядным током и временем разряда того или иного экземпляра аккумулятора. Эту зависимость выявил немецкий ученый Пейкерт, и ввел так называемый «коэффициент Пейкерта» р, который, к примеру, для герметичных свинцово-кислотных аккумуляторов находится в районе 1,25. Чем выше ток разряда — тем меньше время разряда. А константа в правой части уравнения — напрямую зависит он номинальной емкости аккумулятора.

При желании реальную емкость аккумулятора можно определить очень просто: зарядить полностью аккумулятор (до максимально разрешенного напряжения, которое указано в документации), а затем разрядить постоянным током (близким к 10-часовой разрядной характеристике из документации) до конечного напряжения разряда (которое также приведено в документации). Перемножить ток разряда и время разряда в часах — получится реальная емкость аккумулятора в ампер- или в миллиампер-часах.

Источник

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Разрядная емкость — аккумулятор

Разрядная емкость аккумулятора — это количество электричества, которое аккумулятор отдает при разряде, сопровождаемом снижением напряжения до заданной величины. [1]

Разрядная емкость аккумулятора зависит от температуры и плотности тока. [2]

Номинальная разрядная емкость аккумулятора определяется при десятичасовом разряде. [3]

Температура электролита оказывает большое влияние на разрядную емкость аккумулятора . С понижением температуры емкость понижается и наоборот. Заводы-изготовители гарантируют емкость кислотного аккумулятора при 30; если температура будет ниже указанной, то на каждый градус изменения температуры емкость изменяется примерно на 1 % при медленной и на 2 % при быстрой разрядке. [4]

Данные о влияний низких температур на разрядную емкость аккумуляторов при различных режимах разряда. Снятие разрядных кривых ХИТ для большого числа значений разрядных токов, являющееся весьма трудоемкой работой в условиях нормальной температуры, требует значительно больших затрат труда при низких температурах. [6]

Однако на практике необходимо иметь данные о влиянии низких температур па разрядную емкость аккумуляторов при различных режимах разряда. [7]

Емкость аккумулятора представляет собой меру электрохимических реакций, происходящих в аккумуляторе и выражается в ампер-часах. Различают зарядную и разрядную емкость аккумуляторов . [8]

При зарядке аккумулятора большим током химический процесс не проникает в глубину пластин и не весь сернокислый свинец преобразуется в перекись свинца и губчатый свинец. В связи с этим разрядная емкость аккумулятора понижается. [9]

Однако все эти способы оказались недостаточно эффективными. К тому же они, как правило, ведут к снижению разрядной емкости аккумулятора и ухудшению других его характеристик. Например, в случае введения в аккумулятор галогенидов его саморазряд возрастает во много раз, а в случае использования схемных решений значительно снижаются удельные характеристики аккумулятора. [10]

После окончания разряда определяют коэффициенты использования активной массы каждого из электродов. С этой целью рассчитывают теоретическую емкость пластин каждого знака, исходя из веса активной массы, вмазанной в решетки, с учетом состава паст. Отношение фактической разрядной емкости аккумулятора к теоретической емкости электродов дает искомые величины. [12]

Емкость аккумулятора представляет собой меру электрохимических реакций, происходящих в аккумуляторе и выражается в ампер-часах. Различают зарядную и разрядную емкость аккумуляторов . [13]

Срок службы герметичных аккумуляторов, по литературным данным, составляет много сотен циклов. Однако в ряде случаев реальный срск службы герметичных аккумуляторов пока ограничивается 100 — 300 циклами. Температура среды, в которой эксплуатируется аккумулятор, сильно влияет на отдачу емкости аккумуляторами: разрядная емкость аккумулятора уменьшается с понижением температуры. Аккумуляторы могут работать в интервале температур: от — 10 до — f 50 С. Существуют аккумуляторы, способные отдавать некоторую малую емкость ( до 10 %) даже при — 50 С. [14]

Источник

Об аккумуляторах .

Вопросы об аккумуляторах

Емкость аккумулятора — что это такое?

1. Емкость аккумулятора — самая важная техническая характеристика аккумулятора

Е мкость аккумулятора показывает, сколько времени аккумулятор сможет питать подключенную к нему нагрузку. Обычно емкость аккумулятора измеряется в ампер-часах, а для небольших аккумуляторов — в миллиампер-часах.

С ама единица измерения показывает, что емкость аккумулятора является произведением постоянного тока разряда аккумулятора (в амперах, иногда в миллиамперах) на время разряда (в часах):

Е [А * час] = I [А] х T [час]

2. Емкость аккумулятора и энергия.

В опреки расхожему мнению, емкость аккумулятора не характеризует полностью энергию аккумулятора, т.е. энергию, которая может быть накоплена в полностью заряженном аккумуляторе. Ведь чем больше напряжение аккумулятора, тем больше накопленная в нем энергия. В самом деле, электрическая энергия равна произведению напряжения на ток и на время протекания тока:

W [Дж]= I [А] х U [В] х T [с]

С ледовательно, энергия аккумулятора равна произведению его емкости на номинальное напряжение:

W [Вт*час]= E [А*час] х U [В]

2. Емкость и энергия аккумуляторной батареи

Е сли несколько аккумуляторов одной емкости соединены последовательно, то емкость получившейся аккумуляторной батареи равна емкости входящих в батарею аккумуляторов. А энергия аккумуляторной батарея является произведением энергии одного аккумулятора на число аккумуляторов.

4. Емкость аккумулятора и заряд (заряженность)

И ногда путают емкость аккумулятора и заряд (заряженность) аккумулятора. Емкость показывает потенциал аккумулятора, то, сколько времени он сможет питать нагрузку, если будет полностью заряжен.

М ожно провести аналогию со стаканом воды. Емкость (объем) стакана не изменяется в зависимости от того, полный он или пустой. Так и с аккумулятором — в заряженном и разряженном состоянии аккумулятор имеет одну и ту же емкость.

5. Какие еще бывают характеристики емкости свинцового аккумулятора?

Энергетическая емкость [Вт/элемент]

Х арактеристика аккумулятора, показывающая способность аккумулятора разряжаться в режиме постоянной мощности в течение определенного небольшого времени (обычно 15 минут). Эта характеристика распространена в США, но постепенно распространяется и среди производителей аккумуляторов из других стран. Приближенно оценить емкость аккумулятора в ампер-часах по его энергии в Вт/эл (15 мин) можно по формуле:

Е [А*час] = W [Вт/эл] / 4

Резервная емкость

Х арактеристика автомобильного аккумулятора, показывающая его способность питать электросистему движущегося автомобиля, если генератор автомобиля не работает. Измеряется в минутах разряда аккумулятора током 25 А. Распространена в США (reserve capacity). Приближенно оценить емкость аккумулятора в ампер-часах по его резервной емкости в минутах можно по формуле:

Е [А*час] = T [мин] / 2

6. От чего зависит емкость аккумулятора?

Ток разряда

О бычно производитель назначает номинальной емкость свинцового аккумулятора при длительных (10, 20 или 100 часов) разрядах. Емкость аккумулятора при таких разрядах обозначается как С₁₀, С₂₀ или С₁₀₀. Мы можем рассчитать ток, протекающий через нагрузку при 20-часовом (например) разряде — I₂₀:

З начит ли это, что при 15-минутном (1/4 часа) разряде ток будет равен Е₂₀ х 4 ? Нет, это не так. При 15-минутном разряде емкость свинцового аккумулятора обычно составляет чуть менее половины номинальной емкости. Поэтому и ток I_0.25 не превышает Е₂₀ х 2. Т.е. ток разряда и время разряда свинцового аккумулятора не пропорциональны друг другу.

З ависимость времени разряда от тока разряда близка к степенной. Распространена, в частности, формула (закон) Пейкерта (Пекерта) — по имени немецкого ученого Peukert. Пейкерт установил, что:

Здесь p — число Пейкерта — показатель степени, постоянный для данного аккумулятора или типа аккумуляторов. Формула Пейкерта действует и для современных герметичных свинцовых кислотных аккумуляторов.

Д ля свинцовых аккумуляторов число Пейкерта обычно изменяется от 1.15 до 1.35. Величину константы в правой части уравнения можно определить по номинальной емкости аккумулятора. Тогда, после нескольких преобразований, получим формулу для емкости аккумулятора E при произвольном токе разряда I:

Здесь E_н — номинальная емкость аккумулятора, а I_н — ток разряда, при котором задана номинальная емкость (обычно ток 20-часового или 10-часового разряда).

Конечное напряжение разряда

П о мере разряда напряжение на аккумуляторе падает. При достижении конечного напряжения разряда аккумулятор отключают. Чем меньше конечное напряжение разряда, тем больше емкость аккумулятора. Производитель аккумулятора устанавливает минимальное допустимое конечное напряжение разряда (оно зависит от тока разряда). Если напряжение аккумулятора становится меньше этой величины (глубокий разряд), аккумулятор может выйти из строя.

Температура

П ри повышении температуры от 20 до 40 градусов Цельсия емкость свинцового аккумулятора возрастает примерно на 5%. При уменьшении температуры от 20 до 0 градусов Цельсия емкость аккумулятора уменьшается примерно на 15%. При уменьшении температуры еще на 20 градусов, емкость аккумулятора падает еще на 25%.

Износ аккумулятора

Е мкость свинцового аккумулятора в состоянии поставки может быть чуть больше или чуть меньше номинальной емкости. После нескольких циклов разряд-заряд или нескольких недель пребывания под «плавающим» зарядом (в буфере) емкость аккумулятора увеличивается. При дальнейшей эксплуатации или хранении аккумулятора емкость аккумулятора падает — аккумулятор изнашивается, стареет и в конце концов должен быть заменен новым аккумулятором. Чтобы заменить аккумулятор вовремя, за износом аккумулятора лучше следить с помощью современного тестера емкости аккумулятора — индикатора емкости свинцовых аккумуляторов «Кулон»

7. Как проверить емкость свинцового аккумулятора?

К лассическим методом проверки аккумулятора является контрольный разряд. Аккумулятор заряжают, а затем разряжают постоянным током, регистрируя время до конечного напряжения разряда. Дальше определяют остаточную емкость аккумулятора по формуле:

Е [А*час]= I [А] * T [час]

Т ок разряда обычно выбирают таким, чтобы время разряда примерно соответствовало 10 или 20 часам (в зависимости от того, для какого времени разряда указана номинальная емкость аккумулятора). Теперь можно сравнить остаточную емкость аккумулятора с номинальной емкостью. Если остаточная емкость составляет менее 70-80% номинальной емкости, аккумулятор выводят из эксплуатации, потому что при таком износе, дальнейшее старение аккумулятора будет происходить очень быстро.

Н едостатки традиционного метода контроля емкости аккумулятора очевидны:

• сложность и трудоемкость;
• выведение аккумулятора из эксплуатации на длительный срок.

Для быстрого теста аккумуляторов сейчас существуют специальные приборы, которые позволяют проверить емкость аккумулятора за несколько секунд.

Источник