Что такое емкость аккумулятора в чем измеряется

В чём и как измеряется емкость аккумулятора?

Аккумулятор — источник тока многоразового действия, работающий за счет обратимых внутренних химических процессов. Аккумуляторные батареи используются для автономного электропитания разнообразного оборудования. При выборе аккумулятора для автомобиля, другой техники или электроники, в первую очередь обращают внимание на емкость аккумулятора — ключевой параметр устройства. Важно не путать его с зарядом или заряженностью.

Что такое емкость аккумулятора и как ее измеряют

Выражаемая в ампер-часах (А·ч), емкость батареи говорит о времени, которое она может питать автономной энергией подключенное к ней оборудование в рамках одного заряда. Для маленьких аккумуляторов, от которых работает электроника, используется другая единица для отображения емкости — мА·ч (миллиампер-час). Иначе говоря, аккумуляторная емкость — это тот максимальный объем энергии, который он может накопить за один полный цикл зарядки.

Емкость аккумулятора — это то, в чем измеряется ее потенциал, но не заряд. Можно произвести сравнение с бутылкой для воды — независимо от того, наполнена она жидкостью или нет, ее объем не меняется. В данном случае емкость правильно сравнивать с объемом: она не меняется независимо от того, полностью заряжен или разряжен аккумулятор. Эта цифра в большинстве случаев указана на батарее, например, на наклейке автомобильного аккумулятора пишется рядом с величиной пускового тока.

Пример: автомобильный аккумулятор емкостью 60 А·ч говорит о том, что он может работать в течение часа с нагрузкой 60 Ампер и номинальным напряжением 12,7 Вольт (классическое напряжение для большинства батарей, устанавливаемых в машины).

Если вам необходим источник автономной энергии для некоторого оборудования, то как точно рассчитать емкость аккумулятора, подходящего для этой задачи, самостоятельно? Для этого вам необходимо знать несколько переменных:

Буквой Q обозначается необходимая емкость. Чтобы ее рассчитать, используйте формулу:

Наглядно: при использовании стандартного аккумулятора 12 В, необходимой работы в течение 5 часов, критичной нагрузке 500 Вт и максимальном разряде батареи до 80%

Q= (500·5) / (12·0,8) = 260,4 А·ч

Это минимальная емкость аккумулятора для поставленной задачи, а также суммарная емкость 12-вольтовых аккумуляторов. Но, в любом случае, лучше приобретать источник энергии с небольшим запасом емкости, например, на 20% больше. Тогда он реже будет разряжаться в ноль и аккумулятор дольше «проживет».

Мы разобрались, что такое емкость аккумулятора и как ее рассчитать, но иногда, надпись на нем может врать или отсутствовать. Или нужно сравнить паспортные данные и реальную картину. Как измерить емкость батарейки в таком случае? В идеале для этого нужно провести процедуру контрольного разряда. Суть проста: нужно пополнить заряд батареи на 100%, используя зарядное устройство с подходящими характеристиками, а после полностью разрядить постоянным током, замерив потраченное на разрядку время. Далее, используется формула:

где I – это постоянный ток разряда, измеряемый в Амперах, а T – время разряда в часах. Например, измерение емкости полностью заряженного аккумулятора, проработавшего 22 с половиной часа с постоянным током 3,6 А дает цифру 81 А·ч. Но это не значит, что та же батарея проработает больше 2 часов с током 36 А: увеличение тока ведет к уменьшению времени разряда. На него влияют и другие факторы, например, температура электролита.

Источник

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.

Источник

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.

Источник

Что такое ёмкость автомобильного аккумулятора и какое значение выбирать?

Автомобильный аккумулятор имеет ряд параметров, по которым его можно выбрать для того или иного транспортного средства. И это не только габариты, масса, расположение выводов. Это ещё и электрические характеристики, по которым можно судить о назначении аккумуляторной батареи. Сегодня в магазинах можно встретить аккумуляторы для мотоциклов, легковых автомобилей, грузовиков и спецтехники. Все они различны по своим показателям. Даже для различных классов легковых автомобилей аккумуляторы отличаются по своим электрическим параметрам. Если выбрать неподходящую АКБ, то могут возникнуть проблемы при последующей эксплуатации. Одна из ключевых характеристик аккумуляторной батареи – ёмкость. О ней мы сегодня и поговорим.

Основные характеристики аккумулятора

К основным характеристикам автомобильного аккумулятора относятся следующие:

Ёмкость автомобильной аккумуляторной батареи

Как уже было сказано, ёмкость АКБ измеряется в ампер-часах. Это значение обычно содержит наклейка автомобильного аккумулятора вместе с величиной пускового тока. Пример можно видеть ниже.

Обозначение ёмкости аккумуляторной батареи

Например, значение 72 А-ч показывает, что этот автомобильный аккумулятор сможет на протяжении 20 часов выдавать ток 3,6 ампер. При этом по окончании цикла напряжение на выводах должно составлять не менее 10,8 вольт. Но следует помнить, что этот же аккумулятор не сможет ток 72 ампер в течение 1 часа. При увеличении тока время разряда уменьшается, и это уменьшение выражается степенной зависимостью.

Одним из первых формулу этой зависимости вывел Пейкерт, немецкий учёный. Он вывел следующую формулу:

C_p — ёмкость аккумулятора,

k — коэффициент Пейкерта,

Коэффициент Пейкерта, используемый в формуле является постоянной величиной для определённого вида аккумуляторов. Для автомобильных свинцово-кислотных АКБ число Пейкерта лежит в пределах 1,15─1,35. Эта константа определяется по величине номинальной ёмкости АКБ.

В результате была выведена формула для расчёта реальной ёмкости АКБ при произвольном значении разрядного тока:

E_n — номинальная ёмкость АКБ,

Е – реальная ёмкость аккумулятора,

I_n номинальное значение разрядного тока, при котором установлена номинальная ёмкость. Ток в цикле 10 или 20 часов. Как правило, это 9 процентов от E_n.

Номинальная ёмкость аккумулятора определяется рядом технологических и конструктивных характеристик. Очень сильное влияние оказывают и условия эксплуатации автомобильной аккумуляторной батареи. Среди первоочередных характеристик, влияющих на этот параметр, можно назвать состав электролита, количество активной массы, геометрию и толщину свинцовых пластин. Основными технологическими характеристиками, определяющими величину ёмкости, являются состав и пористость активной массы. Кроме того, на разрядную ёмкость, как уже говорилось выше, влияют величина тока разряда и температура электролита.

Эффективность работы автомобильного аккумулятора можно оценить по следующей формуле:

E_p – ёмкость АКБ, рассчитанная при разряде, А-ч,

E_o – значение, рассчитанное на основе его электрохимических параметров, А-ч.

Как следует из закона Фарадея, чтобы получить ёмкости 1 А-ч, в теории требуется 3,865 грамма Pb, 4,462 грамма PbO₂ и 3,659 грамм H₂SO₄. В сумме получается около 11,986 грамм на 1 А-ч. Но в реальности таких значений добиться невозможно. Полного расходования активных веществ в протекающей химической реакции добиться невозможно. Для реакции с электролитом доступна лишь половина активной массы пластин. Другая половина просто обеспечивает объёмный каркас пластин и механическую прочность электродов.

Как проверить ёмкость АКБ

Некоторые любознательные владельцы автомобилей интересуются, а как измерить ёмкость автомобильного аккумулятора своими руками. Кто-то хочет сделать это из любопытства, другие хотят проверить соответствие реального значения ёмкости тому, что написано на этикетке. Как же это сделать?

Все довольно просто. Все данные для этого уже были приведены выше. Например, можно проверить ёмкость автомобильной АКБ при проведении контрольно-тренировочного цикла. Для этого собирается следующая схема.

Схема устройства для проведения контрольно-тренировочного цикла аккумулятора

Здесь U – напряжение батареи,

Ток разряда выбирается в зависимости от ёмкости автомобильной батареи и цикла разряда (10 или 20 часов). На практике для разряда обычно используют автомобильную лампочку подходящей мощности. Мультиметром можно измерить точную величину проходящего в цепи тока и засекаете время до падения напряжения до 10,8 вольт. Полученное время, умноженное на ток, и будет реальной ёмкостью автомобильной батареи.

Как выбрать правильную ёмкость аккумулятора для своего автомобиля?

Обычно этот параметр аккумулятора подбирают по объёму двигателя. Ниже приводится таблица зависимости от объёма двигателя транспортного средства.

Как видите, для легковых автомобилей самыми ходовыми являются автомобильные батареи ёмкостью 50─65 А-ч. Для внедорожников обычно устанавливают батареи ёмкостью 70─90 А-ч. Здесь стоит отметить ряд моментов, когда следует брать АКБ с ёмкостью немного больше:

Но, помните, что слишком высокое значение также «не есть хорошо». Этому есть две причины:

Рекомендуем также прочитать статью про виды аккумуляторов для автомобилей.
Вернуться к содержанию

Источник