Емкость аккумулятора в чем измеряется: Что такое емкость аккумуляторной батареи. Как измерить емкость аккумулятора.

Все, что нужно знать о емкости АКБ

Емкость – главный показатель работоспособности аккумуляторной батареи, однако оценить ее «с лету» не так-то просто. Классический цикл зарядки/разрядки/зарядки по-прежнему остается наиболее надежным способом для этого, но существуют и другие. О них мы и расскажем в своей публикации, предостерегая от возможных ошибок.

Емкость бывает разной

SAE (Общество автомобильных инженеров) определяет емкость стартерной батареи по резервной емкости (RC). RC отражает время работы в минутах при устойчивом разряде 25А. DIN (Deutsches Institut für Normung) и IEC (Международная электрохимическая комиссия) маркируют батарею в ампер-часах «Ач» при типичном уровне разряда для стартерных аккумуляторов 0,2. Согласно российскому ГОСТ Р 53165 — 2008 (МЭК 60095-1:2006) «Батареи аккумуляторные свинцовые стартерные для автотракторной техники. Общие технические условия» (основной документ по данной теме в нашей отрасли) емкость батареи – это количество электричества в «Ач», которое полностью заряженная батарея может отдать в заданных условиях. Документ различает несколько вариантов указания емкости. Согласно его тексту емкость АКБ может быть обозначена производителем как:

«номинальная 20-часовая емкость С20: Расчетное количество электричества, «Ач», которое может отдать полностью заряженная батарея в течение 20 часов разряда номинальным током в заданных условиях, или

фактическая 20-часовая емкость С20ф: Получившаяся при разряде емкость, используемая для сравнения с номинальной;

номинальная резервная емкость Ср: Расчетное время разряда, «мин.», в течение которого батарея может иметь разрядный ток 25 А до конечного напряжения 10,50 В;

фактическая резервная емкость Срф: Получившееся время разряда для сравнения с номинальным».

То есть, к какому бы источнику мы не обратились, надо всегда различать два вида емкости. Одна измеряется в ампер-часах, другая (резервная) – в минутах и означает время, в течение которого АКБ может автономно снабжать электроэнергией подключенное к нему оборудование за один заряд.  Для небольших аккумуляторов, питающих компактную электронику, предусмотрена соответствующая размерность – мАч (миллиампер-час). 

При этом, надо так же понимать, что емкость аккумулятора – это то, в чем измеряется его потенциал, но не его заряд. Вы можете провести сравнение с бутылкой с водой – независимо от того, наполнена она жидкостью или нет, ее объем не меняется. В этом случае правильно сравнивать емкость с объемом: она не меняется независимо от того, полностью заряжен аккумулятор или разряжен. В большинстве случаев эта цифра указана на аккумуляторе, например, на этикетке АКБ часто написана рядом со значением пускового тока.

Например, значение «60 Ач» сообщает нам о том, что аккумулятор может работать в течение одного часа при нагрузке 60 Ампер и номинальном напряжении 12,7 вольт (классическое напряжение для большинства автомобильных аккумуляторов). Впрочем, никогде не стоит забывать о том, что зависимость между емкостью Ач и скоростью разряда не является линейной; по мере увеличения скорости разряда емкость уменьшается.

 Так кккумулятор емкостью 100 Ач, как правило, не сможет поддерживать напряжение выше 10,5 вольт в течение 10 часов при постоянной разрядке в 10 ампер. Емкость также уменьшается с повышением температуры.

Формула счета

Точного преобразования резервной емкости в ампер-часы не существует, но наиболее распространенная формула — RC, деленная на 2, плюс 16. Краткий метод — деление RC на 1,9.

Корреляция между величинами С20 и Ср российским ГОСТом несколько сложнее и предполагает решение уравнения:

С20=β(Ср)α

где α = 1,1828 для открытых батарей или 1.1201 для батарей с регулирующим клапаном; β= 0,7732 для открытых батарей или 1,1339 для батарей с регулирующим клапаном.

Обратное уравнение:

Ср=δ(С20)ϒ

где ϒ = 0,8455 для открытых батарей и 0,8929 для батарей с регулирующим клапаном; δ = 1.2429 для открытых батарей и 0.8983 для батарей с регулирующим клапаном.

Соотношение между током, временем разряда и емкостью свинцово-кислотной батареи аппроксимируется (в типичном диапазоне значений тока) законом Пекерта:

{\displaystyle t={\frac {Q_{P}}{I^{k}}}}T = Cp/In

где

Cp  {\displaystyle Q_{P}} – является емкостью при разряде со скоростью 1 ампер.

I –{\displaystyle I} это ток, потребляемый от батареи (А).

T –{\displaystyle t} это количество времени (в часах), которое может выдержать батарея.

n -{\displaystyle k} является постоянной величиной около 1,3.

Батареи, которые хранятся в течение длительного периода или разряжаются с малой долей емкости, теряют емкость из-за обычно необратимых побочных реакций, которые потребляют носителей заряда без выработки тока. Это явление известно как внутренний саморазряд. Кроме того, при перезарядке батарей нередко возникают дополнительные побочные реакции, приводящие к снижению емкости для последующих разрядов. После достаточного количества подзарядок, по сути, теряется вся емкость, и батарея перестает вырабатывать энергию. Внутренние потери энергии и ограничения скорости прохождения ионов через электролит приводят к изменению эффективности батареи. При разрядке выше минимального порога с низкой скоростью разряжается больше емкости батареи, чем при более высокой скорости.  Установка батарей с изменяющимися характеристиками Ah не влияет на работу устройства (хотя это может повлиять на интервал работы), рассчитанного на определенное напряжение, если не превышены пределы нагрузки. Нагрузки с высоким расходом могут снизить общую емкость, как это происходит с щелочными батареями.

Напряжение полной зарядки

Прежде чем перейти к описанию методов измерения емкости АКБ, напомним, что каждая батарея всегда подает немного более высокое напряжение в состоянии полной зарядки. Поэтому, когда мы говорим о 12-вольтовой, 24-вольтовой или 36-вольтовой батарее, мы, прежде всего, говорим о напряжении устройств, на которые батарея может подавать питание. Так полностью заряженная 12-вольтовая свинцово-кислотная батарея, обычно обеспечивает напряжение около 12,7 В. Если в свинцово-кислотном аккумуляторе осталось всего 20%, он будет выдавать только 11,6 В. Полностью заряженный литиевый аккумулятор выдает 13,6 В. 

Важно помнить, что свинцово-кислотные аккумуляторы могут быть разряжены не более чем на 50%, прежде чем произойдет необратимое повреждение – деградация.  На практике это означает, что вы сможете использовать только половину емкости аккумулятора. Аккумуляторы AGM или гелевые могут быть разряжены до 70%. Это означает, что на практике 30% их энергии не может быть использовано. Литиевые батареи могут быть полностью разряжены без каких-либо повреждений. 

Классический метод

Как уже было отмечено классический метод определения емкости батареи представляет собой цикл полной зарядки/разрядки/зарядки батареи с проведением соответствующих измерений. Его основной недостаток, как несложно догадаться, состоит в том, что реализация такого метода на практике отнимает огромное количество времени и потому он вряд ли может быть рекомендован автомобилистам или сотрудникам предприятий автомобильного сервиса. 

 К тому же разрядка непрактична для аккумуляторов большего размера. Свинцово-кислотная батарея теряет около 2% своей емкости с каждым полным циклом, а стартерная батарея – до 8%. Это повышает необходимость в расширенном экспресс-тестировании, поскольку проверка аккумулятора без оценки емкости является неполной.

Кроме того, определенные вопросы есть и к точности подобных измерений. Особенно когда мы имеем дело со свинцово-кислотными батареями. Даже при использовании высокоточного оборудования в среде с контролируемой температурой и соблюдении установленных стандартов заряда и разряда между идентичными тестами возникают различия. Они обусловлены тем, что батареи – это электрохимические устройства, характеристики которых могут меняться из-за громадного числа факторов. Так же, например, как уровень IQ человека меняется в зависимости от времени суток, настроения и проч. условий. В этой связи стоит отметить, что химические соединения на основе лития и никеля обеспечивают более стабильные результаты разряда, чем свинцово-кислотные.

В частности, лаборатория Cadex проверила 91 стартерную батарею с различными уровнями производительности. Тесты проводились в соответствии со стандартами SAE J537 (этим же стандартом руководствуется и российский ГОСТ Р 53165 — 2008 (МЭК 60095-1:2006) в части методологии испытаний): применялась полная зарядка и 24-часовой отдых, после чего следовал регулируемый разряд 25 А до 10,50 В (1,75 В на элемент).

Через несколько дней их повторили по той же методике, и оказалось, что полученные у одних и тех же АКБ значения емкости отличаются в среднем на плюс-минус 15%.

То есть понятие емкости – довольно относительно и нестабильно. Это всегда нужно помнить, когда вы имеете дело с автомобильными АКБ и не переоценивать их возможности.  Согласно самому свежему исследованию Немецкого автомобильного клуба ADAC, в 2022 году около 46% поломок автотранспортных средств были вызваны неисправным аккумулятором. Причина этого заключается в чрезвычайно высокой, скажем так, электрификации автомобилей. В наши дни к аккумулятору предъявляются повышенные требования, поскольку до 150 бортовых потребителей электроэнергии и автоматическая система старт-стоп в современных автомобилях требуют достаточной мощности. Поэтому рекомендуется регулярно проверять аккумулятор достаточно адекватными методами, чтобы обнаружить неминуемый отказ аккумулятора до того, как он окончательно выйдет из строя.

Тестер аккумуляторов

Более эффективный и быстрый метод оценки емкости АКБ – с помощью специальных приборов, так называемых, тестеров АКБ. Они бывают разнообразными – более или менее дорогие, с тем или иным набором функционала и т. д., но какими бы они ни были (естественно при условии качественного исполнения), их применение даст достаточно объективную картину состояния батареи, причем сразу по целому ряду параметров. И значения этих параметров будут, по оценке экспертов, более точными, нежели в классической методике.

Ну, а поскольку подавляющее большинство данных приборов иностранные, приведем расшифровку основных сокращений, используемых ими.

State of charge (SoC) – состояние заряда – это уровень заряда электрической батареи в отношении к ее емкости. Единицами SoC являются процентные пункты (0% = пусто; 100% = полностью). Альтернативной формой той же меры является глубина разряда (DoD), обратная SoC (100% = пустой; 0% = полность). SoC обычно используется при оценке текущего состояния используемой батареи, в то время как DoD чаще всего встречается при оценке срока службы батареи после многократного использования.

State of health (SoH) – буквально: «состояние здоровья» – показатель качества состояния аккумулятора (или элемента, или ячейки) по сравнению с ее идеальными условиями. Единицами измерения SoH являются процентные пункты (100% = состояние батареи соответствует спецификациям батареи).

Как правило, SoH батареи составляет 100% на момент изготовления и будет уменьшаться со временем и использованием. Однако производительность батареи на момент изготовления может не соответствовать ее спецификациям, и в этом случае ее начальный SoH будет меньше 100%. Основными факторами, способствующими деградации аккумулятора, являются поведение водителя, агрессивность стиля вождения, климат, тепловая динамика салона и инфраструктура, при этом поведение водителя и климат являются самыми важными.

Итак, при тестировании стартерного аккумулятора важно не только состояние заряда (SоC), но и состояние работоспособности (SоH) батареи. В то время как SоC можно просто определить с помощью измерения напряжения, для проверки SоH требуется сложная процедура тестирования, чтобы сделать достоверное заключение о состоянии аккумулятора.  А собственно главное в SоH то, что при его определении учитывается не только ток холодного запуска (CCA) и приемлемость заряда (CA), но иостаточная емкость (Ач).

Так же, как на протяжении многих лет технология транспортных средств продолжала развиваться, аккумуляторы с новыми технологиями, такими как AGM или EFB, также получили дальнейшее развитие. Для получения надежных результатов тестирования, особенно в отношении SоH и, как следствие емкости, важно использовать современные тестовые устройства, адаптированные для новых аккумуляторных технологий.

Пошагово алгоритм в общем случае выглядит так. Надо подсоединить тестер аккумулятора к клеммам аккумулятора, чтобы определить состояние заряда и внутреннее сопротивление. Для этого красный кабель подключается к положительной клемме, а черный – к отрицательной. Последовательность подключения и отключения не имеет значения.

Для подключения тестирующего устройства к аккумулятору, который находится в багажнике или пассажирском салоне, необходимо использовать клеммы аккумулятора там, а не контакты пускового устройства в моторном отсеке, поскольку сопротивление кабеля, который установлен в автомобиле, повлияет на измерение.

После этого на тестере батареи выбирается правильный тип батареи: стартерная батарея, гелевая батарея, батарея EFB или AGM. Устройство использует различный алгоритм тестирования для каждого типа аккумулятора, так что неправильная настройка приведет к неправильному значению измерения. Кроме того, для некоторых тестовых устройств важно знать, проводится ли тест на аккумуляторе, установленном в автомобиле, или он находится вне автомобиля.

Введите в устройство указанный ток холодного пуска аккумулятора, включая используемый метод измерения. Общими стандартами являются DIN, EN, IEC, JIS и SAE. Подробную информацию о стандарте тестирования можно найти после указания тока холодного пуска на этикетке аккумулятора.

Затем тестирующее устройство автоматически выполняет тест и выдает результат.

Как видите, все достаточно просто, ошибиться очень сложно. Хотя нередко вводят неправильные базовые значения, поскольку не умеют правильно читать маркировку, выполненную в соответствии с разными стандартами.

Читаем маркировку верно

Все аккумуляторы имеют код, который указывает размер и тип аккумулятора. Этот код отличается в зависимости от спецификации конструкции аккумулятора. В мире существует 3 различных спецификации, которые регулируют размер, мощность и производительность аккумуляторов: европейская (EN), японская (JIS) и американская (BCI). Каждая имеет различную кодировку и основана на разных стандартах для расчета их производительности.

В батареях европейского стандарта используются 2 типа кодов. Один из них соответствует более старой кодировке в соответствии с немецким стандартом DIN, а другой – более новой кодировке в соответствии со стандартом Европейского союза (EN).

Кодирование DIN всегда состоит из пяти цифр и двух частей:

• Трехзначное число, указывающее емкость аккумулятора на основе числа 500 (для аккумуляторов 12 В). Например, 560 означает, что аккумулятор емкостью 60 Ампер, а 600 означает, что аккумулятор емкостью 100 Ампер.
• Двузначное число, которое характеризует полярность и емкость аккумулятора и может варьироваться в зависимости от производителя. Например, 59 используется при расположении положительной клеммы справа.
• Общий код батареи выглядит следующим образом: 555 59, что указывает на то, что батарея 12 В, имеет емкость 55 Ач и имеет положение положительной клеммы справа.

EN кодирование всегда состоит из девяти цифр и трех частей:

• Трехзначное число, указывающее емкость аккумулятора на основе числа 500 (для аккумуляторов 12 В) – все так же как в DIN.
• Среднее трехзначное число, которое характеризует полярность и емкость аккумулятора и может варьироваться в зависимости от производителя. Например, 059 используется при расположении положительной клеммы справа.
• Последнее трехзначное число, которое показывает характеристики холодного запуска аккумулятора в десятках в соответствии с европейским стандартом. Например, 054 означает аккумуляторы с производительностью холодного запуска около 540 А при -18 градусах Цельсия, в то время как 120 означает аккумуляторы с производительностью холодного запуска около 1200 Ампер при -18 градусах Цельсия.

В японском стандарте используются буквенно-цифровые коды, состоящие из 4 частей:

• Первая показывает максимальную производительность аккумулятора в десятках согласно японскому стандарту
• Второй – физический размер, начинается с A для самого маленького и до H для самого большого.
• Третий показывает физический размер АКБ в сантиметрах с округлением.
• Четвертый – полярность аккумулятора.  R указывает положение отрицательного полюса с правой стороны; L, соответственно, наоборот – с левой стороны.
• Например, тип 32B19L обозначает аккумулятор с мощностью холодного запуска до 320 А, в контейнере размера B (одном из самых маленьких), длиной около 19 см и с отрицательным полюсом на левой стороне.

В батареях американского производства используются коды, состоящие из двузначного числа, общего для одного и того же батарейного блока (например, 31, 34 или 46). Этот тип аккумулятора всегда имеет одинаковые размеры и одинаковую ориентацию полюсов.

Код также дополняется трехзначным числом, указывающим производительность аккумулятора при мощности (холодный пуск в амперах), рассчитанной в соответствии с американским стандартом (например, 520 означает холодный пуск 520А).

Кодировка в соответствии с американским стандартом имеет следующий формат: 31-750, где 31 показывает конкретные размеры корпуса, а 750 – производительность аккумулятора.

Спектроскопия за 15 секунд

Недостатка в тестерах аккумуляторов нет. Большинство моделей измеряют «состояние здоровья» (SoH) путем считывания напряжения и внутреннего сопротивления. Однако ввиду развития технологий АКБ одно только измерение сопротивления плохо подходит для полноценной оценки производительности. Улучшенные электролиты и коррозионностойкие материалы обеспечивают низкое сопротивление в течение всего срока службы аккумулятора. Реклама функций, которые выходят за рамки возможностей устройства, вводит в заблуждение и автовладельцев и профессионалов, заставляя верить, что с помощью базовых методов тестирования можно получить многогранные результаты.

В итоге, что мы получаем в основной массе? Большинство тестеров аккумуляторов способны идентифицировать не полностью заряженную или разряженную батарею; но это делает и пользователь, причем без хитроумного оборудования – машина просто не заведется, если АКБ вышла из строя. Поэтому ключевая задача заключается в оценке аккумулятора до того, как его производительность будет критично снижена. Это делается путем измерения емкости, как уже было отмечено – основного показателя работоспособности аккумулятора максимально адекватным и объективным способом.

В настоящее время – это многомодельная спектроскопия электрохимического импеданса (EIS), которая проверяет состояние батареи за считанные секунды с помощью процесса сканирования. Неинвазивная технология сочетает в себе EIS со сложным моделированием для оценки емкости, тока холодной прокрутки и SoC с помощью матриц, также известных как справочные таблицы. Вот как это работает.

Синусоидальный сигнал нескольких частот подается в батарею с напряжением в несколько милливольт.  После цифровой фильтрации извлеченный сигнал формирует график Найквиста, на который накладываются различные электрохимические модели. Прибор выбирает наиболее подходящие модели; неподходящие копии отбраковываются. Затем объединение данных сопоставляет значения ключевых параметров для получения оценок емкости и тока холодной прокрутки.

Сюжет Найквиста был изобретен Гарри Найквистом (1889-1976) во время работы в Bell Laboratories. В нем представлена частотная характеристика линейной системы, отображающая как амплитуду, так и фазовый угол на одном графике с использованием частоты в качестве параметра. Горизонтальная ось Х графика Найквиста показывает реальное сопротивление в Омах, в то время как вертикальная ось Y представляет мнимое сопротивление.

Тест занимает 15 секунд, и минимальный заряд аккумулятора должен составлять 60%. Наилучшие результаты достигаются с “рабочей” батареей. 

Вместо резюме

Диагностика аккумулятора с помощью экспресс-тестирования все еще находится в зачаточном состоянии.  У нас даже нет надежного метода измерения уровня заряда, не говоря уже о том, чтобы получить надежное измерение емкости. Батареи нельзя измерить сами по себе; их работоспособность можно оценить только с помощью нескольких измерений, подобных прогнозированию погоды или медицинскому осмотру.

Ученые возлагают большие надежды на спектроскопию электрохимического импеданса – технологию, которая также улучшит BMS (систему управления батареями). Работоспособность является ведущим показателем здоровья, и добавление этого параметра в BMS значительно улучшит прогнозирование выхода из строя. Емкость слишком долго была недостающим звеном, но научившись ее измерять достаточно точно в экспресс-режиме мы сможем гораздо лучше понимать в каком состоянии пребывает каждая конкретная АКБ.

 

Измерение ёмкости аккумулятора

Что такое ёмкость аккумулятора, и как её измеряют

Ёмкость – это заряд Q новой батарейки или полностью заряженного аккумулятора. Заряд (количество электричества) измеряется в Кулонах: 1 Кулон = 1 Ампер × 1 секунда . Обычно ёмкость измеряется в единицах ампер·час или ма·час . Типичная ёмкость аккумулятора типоразмера ААА 1000 ма·час, АА – 2000 ма·час. Аккумулятор ёмкостью 1000 ма·час может давать ток 1000ма в течение 1 часа или 100ма в течение 10 часов. Если учесть напряжение U , то можно оценить запасённую в аккумуляторе энергию E = Q × U

Для определения ёмкости аккумулятора его полностью заряжают, затем разряжают заданным током I , и измеряют время T , за которое он разрядился. Произведение тока I на время T и есть ёмкость аккумулятора Q = I × T . Так же измеряется ёмкость батарейки, но после полного разряда аккумулятор можно снова зарядить, а батарейку уже нельзя использовать. Смысл в том, что вы измерите ёмкость батареек данного типа . Кстати, ёмкость щелочных батареек примерно равна ёмкости современных NiMh аккумуляторов того же типоразмера – AA(2000 ма·час), AAA(1000 ма·час).

Схема для измерения ёмкости

Предлагаемая схема разряжает аккумулятор через резистор R до напряжения почти полного разряда NiCd или NiMh элемента – примерно 1 вольт. Ток разряда равен I = U / R . ( О выборе тока разряда ) Для измерения времени разряда T используются часы, работающие от напряжения 1.5-2.5V. Для защиты аккумулятора от полного разряда применено твёрдотельное реле PVN012 . Оно отключает аккумулятор при снижении напряжения U до минимально допустимого Ue = 1V .

 

Схема измерителя ёмкости, и пример разводки платы

Как это работает

Аккумулятор надо полностью зарядить и подключить к устройству. Часы надо установить на 0 и нажать кнопку Start . В этот момент реле замыкает контакты 4-5 и 5-6. Начинается разряд аккумулятора через резистор R и подаётся напряжение на часы. Напряжение на аккумуляторе и резисторе постепенно снижается. Когда напряжение на резисторе R снизится до 1V реле размыкает контакты. Разряд прекращается и часы останавливаются.

По мере разряда аккумулятора управляющий ток через контакты реле 1-2 уменьшается примерно от 8 до 2mA. При управляющем токе 3mA сопротивление контактов 4-5 и 5-6 менее 0.04 Ом. Это достаточно мало, чтобы не учитывать при расчёте тока – если нужен ток разряда 1A, берите резистор R=1.2 Ом.

После прекращения разряда напряжение на аккумуляторе возрастает до 1.1-1.2V из-за внутреннего сопротивления элемента.

Потери на контактах

Измеритель в корпусе зарядника

При повторении этой схемы примите меры для уменьшения сопротивления контактов аккумулятора и разъёмов. При токе 0.5-1A на контактах можно потерять 0.1V и более, что ухудшит точность измерения. Такие же потери вызывает стальная пружина, используемая в некоторых держателях аккумулятора. Пружину и другие стальные контакты надо шунтировать медным проводом. Я сделал один из вариантов измерителя ёмкости аккумуляторов АА и ААА в корпусе от простого зарядного устройства, у которого были хорошие медные контакты.

 

Дополнительные вопросы

Саморазряд

Обратите внимание, что ёмкость свежезаряженных аккумуляторов выше, так как со временем часть заряда теряется из-за саморазряда . Чтобы узнать величину саморазряда, нужно измерить емкость сразу после зарядки, и измерить ещё раз через неделю (месяц) после зарядки. Саморазряд NiMh аккумуляторов может достигать 10% в неделю и более.

 

С какой точностью измеряется ёмкость?

Точное количество электричества можно определить интегрированием по времени dQ = 1/R × U(t) × dt .

По экспериментальным графикам разряда видно, что по мере разряда напряжение уменьшается примерно от 1.4V до 1.0V. Ток разряда U/R тоже уменьшается. При использовании в качестве среднего напряжения номинальной величины 1.2V получается точность не хуже 10%. Это справедливо, если аккумулятор используется примерно при таком же токе разряда, как и при измерении ёмкости.

 

Пример графиков разряда

Если при измерении был ток 0.5A, а при использовании 5A, то аккумулятор разрядится в несколько раз быстрее, чем ожидается. При токе использования 0.05А ёмкость окажется больше, чем при измерении. При токе 0. 005A ёмкость может оказаться меньше измеренной из-за саморазряда аккумулятора в течение большого времени эксплуатации. Значительное отличие тока измерения от тока эксплуатации вносит погрешность более 10%.

Использование в устройстве стальных контактов вместо медных может увеличить погрешность на 10% и более, особенно при большом токе разряда.

Некоторая погрешность величины напряжения отсечки 1.0V связана с зависимостью вольт-амперной характеристики твёрдотельного реле от температуры. В комнатных условиях это даёт погрешность в 1-2%.

Каким должен быть ток разряда?

Надо выбирать такой ток, при котором обычно используется этот аккумулятор. Если ток разряда слишком большой, то из-за внутреннего сопротивления напряжение на аккумуляторе быстро снизится ниже 1 вольта, и измеренное значение ёмкости будет низким. Если выбрать слишком малый ток разряда, то измеренная ёмкость получится больше, чем аккумулятор реально выдаст при работе в вашем приборе.

Зачем два диода?

Диоды используются для защиты твёрдотельного реле при случайном обрыве резистора R . Если вы уверены, что обрыв невозможен, или вы измеряете ёмкость аккумуляторов с напряжением менее 1.4V ( один элемент AA или AAA ), то диоды можно убрать. При этом схема помещается внутри будильника, как у меня было сделано раньше. Резистор 5 Ом защищает реле при нажатии кнопки Start. Его тоже можно убрать, если включить кнопку параллельно контактам 4-5, как на упрощённой схеме.

Как измерить ёмкость литий-ионного аккумулятора?

примеры

Um	Ue	I	R	r
1. 2	1.0	0.2	6.0	0
1.2	1.0	0.5	2.4	0
3.3	3.0	0.5	2.2	4.4
8.4	7.0	0.1	12	72

В этом случае к батарее подключается делитель напряжения по образцу, показанному на схеме. Используя делитель напряжения, можно измерить ёмкость батареи из нескольких аккумуляторов или ёмкость литий-ионного аккумулятора.

Требуемый ток разряда I при среднем напряжении Um обеспечивает сумма двух резисторов: R + r = Um / I .

Резистор R рассчитывается так, чтобы при конечном напряжении на батарее Ue , напряжение на резисторе R стало равно 1V: R = (Um / I) × (1V / Ue) .

Как проверить ёмкость аккумулятора по напряжению?

По напряжению ёмкость определить нельзя. Для каждого типа батарей и аккумуляторов есть типичные кривые разряда. По ним можно оценить отношение заряда к ёмкости (  процент заряда  ). Я использую зарядное устройство Ansmann , которое для такой оценки измеряет напряжение при заданном токе разряда. Однако у NiMh аккумуляторов не только ёмкость, но и рабочее напряжение уменьшается с возрастом. В некоторых случаях Ansmann давал оценку 30% в то время, как измерение до полного разряда давало 80%.

Как измерить ёмкость аккумулятора без этой схемы?

Подключите к заряженному аккумулятору резистор R и вольтметр. Следите по часам. Через некоторое время T напряжение U снизится до минимально допустимого. В этот момент отключите резистор. Ёмкость равна Q = T × U / R

В чём отличие от схемы, которая была на сайте раньше?

0. Старая схема
1. Вместо 1.3-1.1V на часы подаётся 2.6-2.2V
2. Вместо выключателя для дополнительного элемента питания использован контакт реле, и теперь отключение обоих аккумуляторов происходит автоматически.
3. Добавлена защита реле от обрыва резистора R

Что такое внутреннее сопротивление аккумулятора и как его измерить?

Этот раздел перенесён на отдельную страницу “Внутреннее сопротивление”

Автомобильный аккумулятор (АКБ)

Автомобиль не заводится, хотя зарядное устройство работает нормально, и показывает, что аккумулятор полностью заряжен. Дело не в ёмкости. После нескольких слишком глубоких разрядов внутреннее сопротивление увеличилось, и аккумулятор больше не может выдать ток, необходимый для работы стартёра. Придётся купить новый аккумулятор, и больше не допускать глубокого разряда.

Как измерить ёмкость АКБ

Для оценки ёмкости можно использовать лампу от фары в качестве нагрузочного сопротивления. Это должна быть лампа накаливания, например, галогеновая, но не светодиодная. Лампа 60вт потребляет ток 5А. Подключите параллельно аккумулятору вольтметр и лампу. Следите по часам. Когда напряжение снизится до 11в – разряд закончился – отключите лампу. Если это не сделать, то аккумулятор испортится. Если до окончания разряда прошло 10 часов, то ёмкость вашего аккумулятора 50 а·час. Если 5 часов, то 25 а·час. Этот тест не гарантирует, что машина заведётся, так как стартёру нужно не 5А, а 100-150А.

Внутреннее сопротивление автомобильного аккумулятора

Лампу от фары можно использовать для оценки внутреннего сопротивления. При токе 100А на внутреннем сопротивлении не должно теряться более 1 вольта. Соответственно, при токе 5А не должно теряться более 0.05 вольта (1в * 5А / 100А). Подключите параллельно аккумулятору вольтметр и лампу. Запомните величину напряжения. Отключите лампу. Обратите внимание, насколько увеличилось напряжение. Если, допустим, напряжение возросло на 0.2 вольта, то аккумулятор испорчен, а если на 0.02 вольта, то он исправен. При токе 100А потеря напряжения будет всего 0.4в (0.02в * 100А / 5А).

Конденсатор вместо аккумулятора?

Ёмкость конденсатора определяется немного по другому: C = Q / U

Ёмкость зависит от геометрии конденсатора. Если увеличить расстояние L между пластинами конденсатора, то заряд Q и напряжённость электрического поля между пластинами E не изменятся, а разность потенциалов U = E × L увеличится. Поэтому ёмкость конденсатора C уменьшится.

Можно ли использовать конденсатор вместо аккумулятора или наоборот?

В некоторых случаях можно, и используют. Главное отличие конденсатора от аккумулятора при использовании в качестве источника тока в том, что по мере разряда напряжение на аккумуляторе долго остаётся стабильным, а на конденсаторе оно снижается пропорционально оставшемуся заряду.

capacitor 3000F 2.7V

Какой конденсатор мог бы заменить обычный аккумулятор ААА (1000 ма·час)?

Q = 1000 ма·час = 3600 А·сек = 3600 Кулон
C = Q / U = 3600 К / 1.2 В = 3000 Фарад

Такие конденсаторы “Ионисторы” по принципу устройства приближаются к аккумуляторам, так как обкладками конденсатора служит химический двойной электрический слой на границе электрода с электролитом.

Почему портятся аккумуляторы

Этот раздел находится на странице “Пример разводки платы”

 
Евгений Корниенко

2004

 

Что такое батарея мАч и что она измеряет?

Батарейки — это удобные источники энергии для питания портативных электронных устройств. От смарт-часов до автомобилей батареи играют настолько важную роль в нашей повседневной жизни, что жизнь без них была бы практически невозможной.

Если вы когда-нибудь проверяли характеристики смартфона, вы, вероятно, замечали, что аккумуляторы имеют емкость мАч. мАч обозначает миллиампер-час, который является единицей электрического заряда.

Но что измеряет мАч в аккумуляторе и как его интерпретировать?

Понимание электрических токов в батареях

Электричество, как мы его знаем, является результатом движения электронов из одной точки в другую. Скорость, с которой эти электроны движутся по поверхности, называется электрическим током и измеряется в амперах.

Когда кулон заряженных частиц (примерно шесть миллиардов миллиардов) проходит через цепь за одну секунду, возникает электрический ток в один ампер.

Батарейки вырабатывают электричество, перемещая электроны от одного электрода к другому. Когда батарея перемещает кулон электронов от одного конца к другому в секунду, она генерирует электрический ток в один ампер.

Зная это, легко догадаться, что чем выше сила тока или сила тока в амперах в батарее, тем больше электронов она может передать через ваше устройство за определенное время. Однако, несмотря на то, что это предложение верно, в работе есть нечто большее, чем просто ток.

Что измеряет мАч?

мАч означает миллиампер-час, единицу измерения заряда или электричества. Чтобы разбить его, «милли» — это приставка, означающая тысячную, поэтому один миллиампер равен 0,001 ампер. Суффикс часа означает, что ток умножается на час, единицу времени.

Вспомнив из предыдущего раздела, что ток равен электрическому заряду, деленному на время, вы получите количество электрического заряда или электричества, умножив мА на час.

В батареях мА·ч является мерой емкости батареи и использует все три понятия (электрический заряд, ток и время) для оценки того, сколько электричества может удерживать батарея. Например, номинальная емкость аккумулятора 1000 мАч означает, что после полной зарядки он может поддерживать электрический ток 1000 мА в течение одного часа.

Важно знать, что это не означает, что батарея емкостью 1000 мАч обеспечивает постоянный ток 1000 миллиампер. Если бы это было правдой, то все батареи работали бы ровно один час. Электрический ток, который обеспечивает батарея, зависит от ее применения и структуры батареи.

Например, щелочная батарейка в часах будет работать намного дольше, чем такая же батарейка в игровой мыши, несмотря на одинаковое напряжение и одинаковую емкость.

Еще одно важное различие между емкостью батареи и максимальным электрическим током, который она может выдавать. Максимальный электрический ток, который может выдавать батарея, зависит от структуры батареи и измеряется как рейтинг разрядки. Это особенно актуально для аккумуляторов LiPO, поскольку разные аккумуляторы LiPo имеют разную степень разрядки.

Аккумулятор LiPo емкостью 5000 мАч с рейтингом разряда 3 может выдавать электрический ток 15 000 мА или 15 А, и, естественно, этот ток 15 А будет длиться намного меньше часа.

Чем больше мАч, тем больше срок службы батареи?

После всех этих разговоров о батарейках и электрическом токе пришло время ответить на вопрос на миллион долларов. Означает ли более высокий рейтинг мАч больше времени автономной работы? Смотря как.

Срок службы батареи, или скорость разрядки батареи при использовании, зависит как от батареи, так и от устройства, которое она питает. Таким образом, в общем смысле, если вы поместите две одинаковые батареи, которые отличаются только своей емкостью, в два одинаковых устройства с одинаковым использованием, то батарея с большей емкостью, естественно, прослужит дольше.

Примером из жизни являются часы, в которых потребление батареи остается прежним. В этом случае щелочная батарея емкостью 2200 мАч позволит часам идти намного дольше, чем батарея емкостью 900 мАч.

Еще один вариант использования мАч — аккумуляторы для смартфонов. Емкость аккумулятора является важной частью характеристик смартфона, но большая батарея на смартфоне не обязательно означает, что у него будет более длительное время автономной работы.

Например, Google Pixel 7 имеет меньшую батарею, чем Pixel 6, но имеет более длительное время автономной работы. Вероятно, это связано с тем, что новый смартфон лучше оптимизирован, чтобы потреблять меньше энергии, и в результате он работает дольше, чем его предшественник, несмотря на меньшую батарею.

Итак, если у вас есть смартфон с большой батареей, которая работает не так долго, как должна, вы можете принять меры по оптимизации своего телефона, чтобы он потреблял меньше энергии. Таким образом, вы можете увеличить срок службы батареи, не увеличивая ее емкость.

Многие переменные влияют на срок службы батареи

Емкость батареи часто измеряется в мАч или миллиампер-часах. Это мера того, сколько постоянного тока батарея может обеспечить за один час, прежде чем она разрядится.

Многие факторы, такие как структура батареи, напряжение и область применения, влияют на срок службы батареи. Однако, если две батареи идентичны во всех аспектах, кроме их номинала в мАч, то батарея с более высокой мАч определенно прослужит дольше.

Аккумуляторы серии 101: Как говорить о батареях и соотношении мощности к энергии | Государственные, местные и племенные органы власти

В этой серии статей более подробно рассказывается об аккумуляторах и соотношениях мощности и энергии. Это вторая часть цикла из двух частей. Читайте первую часть цикла.

Поскольку солнечные и другие технологии возобновляемой энергии становятся все более распространенными, общественность становится более знакомым с языком фотогальваники (PV). Даже если большинство людей не имеют полного понимания того, как это работает, домовладельцы с фотоэлектрической системой могут понять разницу между номинальная мощность системы (выраженная в киловатт ) и количество электроэнергии, которое система фактически производит (выраженная в киловатт-часах ). Домовладельцы могут быть уверены, объясняя, что их 5-киловаттная система производит около 7000 киловатт-часов в год.

С падением цен на аккумуляторы, появлением Tesla Powerwall и другими варианты домашних накопителей энергии от разных производителей, потребители сталкиваются с изучение жаргона еще одной энергетической технологии. В то время как их понимание PV применим, батареи предлагают новые концепции для освоения.

Спецификации аккумуляторной системы обычно указывают мощность в киловаттах (кВт) как а также рейтинг киловатт-часа (кВтч). Разбирающиеся в фотоэнергетике потребители, которые плохо знакомы с накоплением энергии мире рискуют неверно истолковать значимость этих рейтингов, напрямую переводя свое понимание фотоэлектрических систем в аккумуляторные системы. При описании аккумуляторная система (независимо от того, подключена ли она к фотоэлектрическим панелям), необходимо указать отношение мощности к энергии; то есть полностью понять возможности конкретного аккумуляторная система, необходимо знать как мощность в киловаттах, так и мощность в киловатт-часах.

Для аккумуляторов номинальная мощность (измеряется в киловаттах) указывает, какую мощность может течь в или из батареи в любой данный момент. Это похоже на емкость рейтинг фотоэлектрической системы (также измеряется в киловаттах), который указывает, какая мощность теоретически может выйти из фотоэлектрической системы в любой момент. Однако один общий ошибкой является использование термина емкость , когда речь идет о мощности аккумуляторной системы в киловаттах. Более точный термин это номинальная мощность батареи.

Энергетическая оценка или емкость батареи аккумуляторной системы измеряется в киловатт-часах и дает оценку количество энергии, которое может быть сохранено. Энергетическая оценка — это мера того, сколько электроэнергии система может отдать или поглотить в течение часа. Это аналогично выходной энергии фотоэлектрической системы с течением времени (которая также измеряется в кВтч).

Важным отличием является то, что, в отличие от фотоэлектрических систем, аккумуляторные системы разработаны чтобы максимизировать номинальную мощность или номинальную мощность, в зависимости от их предназначения использовать.

Как обсуждалось в предыдущем сообщении в блоге, владельцы аккумуляторных систем могут использовать несколько потоки создания ценности для реализации более коротких периодов окупаемости. Операторы коммерческих зданий могут использовать батареи, чтобы уменьшить плату за коммунальные услуги, а также плату за электроэнергию в пиковые периоды бритье. В PJM Interconnection некоторые операторы аккумуляторных систем за счетчиком заявки на регулирование частоты и получают компенсацию за предоставление этой сетевой услуги. Различные виды конечного использования требуют различных соотношений энергии к мощности.

Если аккумуляторная система будет использоваться в основном для регулирования частоты, Аккумуляторная система должна много раз заряжаться и разряжаться в течение короткого промежутка времени. Система, используемая в этом типе сценария, будет спроектирована с более высокой номинальной мощностью. Если аккумуляторная система будет использоваться в первую очередь для обеспечения сдвига пиковых значений или должна обеспечивать резервное питание на случай отключения сети, аккумулятор должен иметь возможность разряжаться более более длительный период (например, 2–5 часов) и рассчитан на более высокий уровень энергопотребления.

Как сообщает Green Tech Media в своем отчете Energy Storage Monitor за 3 квартал 2015 г., развертывание накопления энергии в масштабе сети сместился акцент на системы с высокими энергетическими рейтингами (МВтч), чтобы избежать сокращения возобновляемой генерации, к системам с более высокой номинальной мощностью (MW) для обеспечения быстрого регулирования частоты на рынке PJM.

Знание отношения мощности к энергии аккумуляторной системы позволяет лучше понять его предполагаемого использования и возможностей. Понимание того, что аккумуляторные системы разработаны с разным соотношением мощности к энергии помогает человеку понять, почему трудно сравните стоимость двух аккумуляторных систем, даже если в них используется одинаковая химия (например, литий-ионный). В то время как фотоэлектрические системы можно сравнить по их капитальным затратам в $/кВт. (или по стоимости энергии в течение жизненного цикла в долларах за кВтч), различные отношения мощности к энергии аккумуляторных систем делает сравнение яблок с яблоками более проблематичным. Учитывая это, отрасль все еще определяет наиболее точный способ отчетности по аккумуляторным системам и их стоимость — и общественность все еще учится интерпретировать эти отчеты.