Автомобиль состоит не только из механических элементов, но и из электронных. И их основой является автомобильный аккумулятор. Именно он обеспечивает работу всей электроники в машине, накапливая заряд и предоставляя его по необходимости. В его основе лежит химическая реакция, поэтому он имеет свойство постепенно снижать свои технические характеристики по мере использования.
Так как аккумулятор не вечен, необходимо регулярно проверять его работоспособность. Это позволит избежать неприятностей, связанных с его разрядкой или недостаточным напряжением для запуска автомобиля. Лучше проводить проверку комплексно, используя услуги СТО, однако не всегда это доступно. В таких случаях возможна самостоятельная проверка с помощью подручных средств.
Признаки поломки
Электроника - сложная вещь, поэтому определить поломку аккумулятора лишь на основе внешних признаков достаточно сложно. Но, если изначально знать основные признаки неисправности питания, то эта задача становится куда проще. Поэтому стоит запомнить основные признаки, свидетельствующие о недостаточном заряде или поломке автомобильного аккумулятора. Среди них:
- отсутствие свечения от индикатора заряда аккумулятора;
- щелчки при запуске стартера;
- медленная работа стартера;
- слабое свечение фар.
Вся электроника автомобиля дает сбои, если аккумулятор имеет слабый заряд . Хотя проблемы могут быть по другим причинам, комплекс этих признаков явно означает неполадки АКБ.
Совет! Если на вашем аккумуляторе встроен индикатор заряда, то определить работоспособность куда проще. Зачастую индикатор имеет два цвета: зеленый и белый. Первый свидетельствует о нормальном состоянии устройства, а второй означает низкий уровень жидкости. Если же индикатор вовсе не работает, то АКБ нужно зарядить.
Проверка заряда
Первым делом при проблемах с аккумуляторов необходимо проверить уровень его заряда. Ведь именно это определяет эффективность устройства и работу всей электроники в автомобиле. Кроме того, недозаряд АКБ может быть признаком поломки генератора. Поэтому стоит следить за этим фактором и по возможности проверять.
В современных моделях аккумуляторов для проверки уровня зарядки имеются специальные индикаторы, изменяющие свой цвет. Но зачастую такого элемента на устройстве нет, поэтому нужно проверять старыми и доступными методами.
Для проверки заряда можно использовать мультиметр или вольтметр. Процесс проверки элементарен — необходимо лишь замерить напряжение на клеммах аккумулятора, предварительно отключив его. На основе результата определяется текущее состояние устройства и возможность его дальнейшей эксплуатации.
Оптимальным показателем напряжения в аккумуляторе является 12,6 В. Он сигнализирует о полностью исправном устройстве с полным зарядом. Если же показатель упал до 12,2 В, то это свидетельствует о незначительном разряде. Если же напряжение даже ниже 12 В, то такая батарея требует срочной зарядки.
При падении ниже 11 В - высок шанс поломки устройства. Необходимо попытаться зарядить его, если проблема заключается в неисправности генератора или других элементов питания. Если же они работают нормально, но напряжение повысить не удается, то использовать такой аккумулятор опасно. Это может пагубно повлиять на работу автомобиля и повредить другие электронные элементы системы.
Емкость
Этот показатель является основой для автомобильного аккумулятора. Он отражает собой время, которое способна работать батарея без потери силы тока. Она измеряется в ампер-часах и является важным фактором при приобретении подобных устройств.
Количество энергии, которое способна содержать батарея, постепенно снижается в процессе ее эксплуатации. Это важный фактор для работы автомобиля, поэтому нужно контролировать его и периодически замерять. Для этого имеется несколько методов:
- контрольный разряд;
- расчет посредством мультиметра;
- с помощью специальной техники.
Хотя первые два метода достаточно сложны, они позволяют в домашних условиях определить емкость батареи. Последний же требует специальной аппаратуры, которая зачастую имеется на СТО. Если же найти такую аппаратуру, то самостоятельная проверка емкости существенно упрощается.
Важным нюансом является то, что проверки проводятся лишь на полностью заряженном аккумуляторе. В противном случае результат будет некорректен.
Проверка посредством мультиметра
Метод проверки емкости посредством мультиметра или вольтметра довольно сложен, хотя и быстр. Для измерения этого показателя понадобится следующее оборудование: мультиметр, а также прибор, который будет потреблять приблизительно половину заявленной емкости устройства. Другими словами, при емкости в 7 А/ч потребление должно составлять около 3,5 А.
При этом стоит учесть напряжение, при котором работает прибор. Оно должно составлять 12 В. Для таких задач подойдет обычная лампа от автомобильной фары, но все же потребление стоит подбирать соответственно своему аккумулятору.
Недостатком такого метода является то, что с его помощью нельзя сказать точную емкость АКБ. Можно лишь узнать текущий процент емкости от первоначальной. Другими словами, такой тест определяет износ устройства.
Метод схож с ранее упомянутым способом проверки заряда аккумулятора. Подключив определенный прибор, необходимо подождать пару минут, после чего замерять напряжение на клеммах. После необходимо сверять по следующим параметрам, определяющим процент от первоначальной емкости:
- более 12,4 В — 90-100%;
- между 12 и 12,4 В — 50-90%;
- между 11 и 12 В — 20-50%;
- менее 11 В — до 20%.
Однако уже при показателе меньше 50% емкости ездить с таким аккумулятором нельзя . Это комплексно вредит всему автомобилю.
Интересно! Если в качестве питаемого прибора подключалась лампа, то по ней можно определить поломку аккумулятора. Если она светит тускло или мигает, то такая батарея однозначно неисправна.
Полученный результат нужно сравнить с процентом, после чего сопоставить с заявленной емкостью. Это позволит приблизительно определить текущую емкость и вынести соответствующее решение насчет дальнейшей эксплуатации устройства.
Определить емкость аккумулятора куда проще посредством контрольного разряда или специальных тестеров. Использование второго варианта позволит получить быстрый результат, поэтому они используются в различных сервисах и мастерских. Первый же метод заключается в замере скорости разрядки АКБ на основе силы тока.
Емкость автомобильного аккумулятора — важный фактор, который стоит учитывать и регулярно проверять, так как со временем ресурс устройства уменьшается, емкость стремительно снижается. Существенное снижение сказывается на работе электроники автомобиля, поэтому стоит тщательно за этим следить.
Что касается метода контрольной зарядки, в этом видео описываются нюансы этого метода. Это позволит узнать точную емкость АКБ, используя лишь подручные инструменты:
Инструкция
Приобретите, возьмите напрокат или одолжите специальное устройство для измерения емкости аккумулятора. Возьмите аккумулятор и полностью зарядите его, а затем разрядите его при помощи тока (I). Измерьте время (T), на протяжении которого будет происходить разрядка.
Рассчитайте произведение тока, которое и будет являться емкостью аккумулятора. Для этого необходимо взять силу тока и время и умножить их (Q = I*T). Хотим заметить, что таким же образом можно измерить емкость абсолютно любого аккумулятора, а также обычной батарейки. Но при этом следует помнить, что простую батарейку зарядить снова, в отличие от аккумулятора, будет уже невозможно.
Для того чтобы узнать емкость аккумулятора, можно использовать и другие методы. Так для измерения емкости указанного устройства можно использовать специальную схему, позволяющую разрядить аккумулятор через резистор (R). Причем такой разряд осуществляется до напряжения примерно 1Вт. После этого измерьте ток разряда по формуле: I = U/R.
Для того чтобы измерить время разряда, можно использовать обычные часы, способные работать при 1,5 Вт. При разряде аккумулятора помните, что устройство не должно быть разряжено полностью, а для этого необходимо использовать специальное твердое реле, к примеру, PVN012. Такое реле позволяет вовремя отключить аккумулятор в тот момент, когда напряжение снизится до минимального уровня. Разрешается снижение до 1Вт, как уже отмечалось.
Подключите разряженный аккумулятор к схеме. Включите схему и установите секундомер, включив часы. Когда разряд дойдет до 1 Вт, реле замкнет, а часы остановятся.
Для того чтобы узнать, сколько заряда теряет аккумулятор, спустя примерно неделю или две использования, при саморазряде, необходимо измерить емкость устройства после полной зарядки и произвести такие измерения спустя еще неделю или две.
Электрическая емкость проводника практически используется в конденсаторах различных типов. Самые распространенные – плоский и цилиндрический конденсаторы. Для измерения емкости как плоского, так и цилиндрического конденсатора понадобится линейка и штангенциркуль. Емкость любого типа конденсатора можно измерить при подключении его к цепи переменного тока.
Вам понадобится
- линейка, штангенциркуль, амперметр и вольтметр для переменного тока.
Инструкция
Измерьте площадь одной из пластин обкладки конденсатора с помощью линейки или штангенциркуля. Если обкладка прямоугольная, для этого умножьте ее длину на ширину. Если круглая, измерьте диаметр, который возведите в квадрат, затем умножьте на 3,14 и поделите на 4. С измерьте расстояние между обкладками конденсатора. Все измерения производите . Затем определите диэлектрическую проницаемость , которая находится между обкладками конденсатора. Для она составляет 1, а для других находится в специальной таблице. Для расчета емкости, площадь одной обкладки умножьте на диэлектрическую проницаемость среды и разделите на расстояние между обкладками конденсатора. Полученный результат умножьте на число 8,85*10-12 (10 в -12 степени). Ответом будет емкость конденсатора в Фарадах.
Емкость цилиндрического конденсатора С помощью штангенциркуля найдите радиусы цилиндров, составляющих обкладки конденсаторов. Для этого замеряйте их диаметры и поделите на 2. С помощью линейки измерьте длину обкладок, которая является высотой цилиндра. Радиус и длину измеряйте в метрах. По таблице определите диэлектрическую проницаемость среды между обкладками. Для расчета умножьте число 6,28 на значение диэлектрической проницаемости и длину обкладок конденсатора. Это будет промежуточный результат. Затем найдите отношение радиуса большего цилиндра к меньшему, и из полученного числа возьмите натуральный логарифм с помощью калькулятора. Промежуточный результат поделите на полученное число и умножьте на 8,85*10-12(10 в -12 степени).
Емкость конденсатора в цепи переменного тока Подключите конденсатор к источнику переменного тока с известной частотой. К его обкладкам присоедините вольтметр, а амперметр присоедините последовательно и снимите показания соответственно в вольтах и амперах. Затем значение силы тока (амперметр), последовательно поделите на значения напряжения (вольтметр), частоту и число 6,28. В результате получим емкость конденсатора.
Видео по теме
Полезный совет
После подключения конденсатора, ток в цепи нужно наращивать плавно, чтобы конденсатор не перегорел и не «выстрелил». Активное сопротивление цепи должно быть пренебрежимо мало.
Емкость аккумулятора – это количество энергии, в нем содержащейся. Единица измерения данной величины – ампер в час. Зная емкость аккумулятора, вы приблизительно будете знать, сколько он сможет вам прослужить.
Инструкция
Возьмите специальное устройство, чтобы определить емкость аккумулятора. Дальше сделайте следующее. Полностью зарядите аккумулятор, а затем разрядите его, используя ток. Обязательно засеките время, в течение которого будет происходить разрядка аккумулятора. Затем произведите расчет.
Умножьте силу тока, которую вы использовали для разрядки аккумулятора на время, которое потребовалось для полного его опустошения, чтобы узнать емкость аккумулятора. Произведение этих двух величин будет тем количеством энергии, которое может содержать аккумулятор. Подобным способом можно определить емкость абсолютно любого аккумулятора, начиная от аккумулятора авто, и заканчивая обыкновенной батарейкой.
Попробуйте использовать другой метод, чтобы выяснить емкость аккумулятора. Для этого вам потребуется специальная схема, с помощью которой вы сможете разрядить аккумулятор через резистор. Разрядка происходит при величине напряжения, не превышающей 1 вольт. Затем, используя формулу I = U/R, рассчитайте силу тока. Для измерения времени разряда используйте обыкновенный секундомер или часы.
Соблюдайте важное условие – аккумулятор не должен разрядиться полностью. Чтобы предотвратить этот нежелательный эффект, используйте твердотельное реле. Оно позволит отключить аккумулятор именно в тот момент, когда величина напряжения снизится до минимальной отметки. Можно также узнать емкость аккумулятора без использования специальных приборов и произведения каких-либо сложных манипуляций. Как правило, вся необходимая информация об устройстве указывается на бирке производителя.
Осмотрите поверхность аккумулятора. Там должна быть наклейка, содержащая необходимую информацию, необходимую для эксплуатации устройства. Если данная наклейка затерта или отсутствует, то придется вернуться к операциям, описанным выше.
Емкость аккумулятора напрямую влияет на время работы сотового телефона без подзарядки. Чтобы узнать, почему аппарат быстро разряжается, нужно первым делом проверить АКБ. Однако в некоторых случаях причина может крыться как в аппаратном, так и в программном обеспечении.
Инструкция
Для проверки работоспособности аккумуляторной батареи установите в ваш аппарат аккумулятор с другого телефона такой же модели. Если под рукой похожего телефона нет, попросите своего знакомого с таким же устройством поменяться на один день батареями. Если разрядка с другой АКБ проходит медленнее, приобретите новый аккумулятор в специализированном салоне сотовой связи.
Проблема может быть и в зарядном устройстве, из-за которого телефон может недозаряжаться. Старайтесь не пользоваться ЗУ от других фирм-изготовителей и от других телефонов. Такие зарядные устройства не только могут плохо заряжать аппарат, но и наносить вред аккумуляторной батарее, значительно сокращая срок ее службы.
Если телефон быстро садится при звонке, даже если вы его только что зарядили, причина находится в усилителе мощности. Данная неполадка может возникнуть в результате сильного падения устройства. Для замены передатчика аппарат следует отдать в СЦ.
Если у вас смартфон, то проблема может возникать из-за работающего вируса, который может запускать различные программы, включать функции, значительно снижающие время работы устройства (Bluetooth, Wi-Fi, GPS). Для защиты от вредоносных программ загрузите антивирусную утилиту. Сделать это можно при помощи встроенного магазина приложений (например, Android Market на аппаратах Android) или интернета. Чтобы обезопасить устройство от попадания вредного ПО, скачивайте файлы только с проверенных сайтов, предварительно сканируя все файлы компьютерным антивирусом.
Иногда причиной быстрой разрядки может стать большое количество запущенных приложений на устройстве. Программы, использующие интернет, быстро сажают АКБ, а потому необходима частая подзарядка. Периодически производите очистку процессов, находящихся в памяти смартфона, при помощи встроенных функций, в соответствии с инструкцией к аппарату.
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 .
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
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?
| 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
06.10.2015
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;
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
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, беем большее количество энергии сможет накопить аккумулятор. На самом деле электрическая энергия определяется как произведение показателей тока заряда, напряжения батареи и времени протекания этого тока:
W= I·U·T
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:
W= Q·U
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:
Q= I·T
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.
Как часто случается в нашем несовершенном мире, общепринятой единицей измерения ёмкости аккумуляторов стала единица, не способная точно отразить ёмкость - миллиампер-часы (mAh, мАч, мА·ч). Многие производители пытались "привить" населению "правильную" единицу измерения - ватт-часы (Wh, Втч, Вт⋅ч), но почему-то она до сих пор не прижилась.
Объясню, почему ватт-часы "правильная единица", а миллиампер-часы (или ампер-часы) "неправильная". Аккумуляторы и аккумуляторные сборки бывают на разное номинальное напряжение, например 1.2, 3.6, 3.7, 7,4, 11.1, 14.8 V. При этом аккумулятор 7.4 V 2000 mAh имеет вдвое большую ёмкость, чем 3.7 V 2000 mAh, с ватт-часами такой путаницы не будет - первый аккумулятор имеет ёмкость 14.8 Wh, второй 7.4 Wh. В данном случае, чтобы получить ватт-часы я просто умножил номинальное напряжение аккумулятора на заряд в ампер-часах (1Ah=1000mAh).
Но это ещё не всё. Давайте посмотрим, как разряжается Li-ion аккумулятор от смартфона Cubot S200.
В процессе разряда напряжение на аккумуляторе меняется. У нашего литий-ионного аккумулятора оно падает от 4.291 V до 3.0 V.
При этом в характеристиках аккумулятора указывается среднее напряжение 3.7 V и заряд в миллиампер-часах для этого напряжения. Реальное количество энергии, которое выдаст аккумулятор, можно посчитать лишь в ватт-часах, умножая текущее напряжение на текущий ток в каждый момент времени и получая итоговое значение ёмкости из суммы этих значений, разделив её на количество таких подсчётов в час.
Анализатор разряжал аккумулятор 36694 секунды, поддерживая постоянный ток разряда 301 mA. Если просто умножить 301 на 36694 и разделить на 3600 (количество секунд в часе) получим 3068 mAh. Умножим это значение на номинальное напряжение аккумулятора 3.7 V и разделим на 1000. Получится 11.35 Wh.
А что же на самом деле?
Анализатор замеряет значения напряжения 10 раз в секунду. Умножив каждое значение напряжения на ток разряда получим мощность во время каждого замера. Сложим значения мощностей всех 366913 замеров и разделим на количество замеров в час (36000).
C вашего позволения, скриншоты 366893 промежуточных строк я приводить не буду. :)
Получается значение 11.78 Wh - реальное количество энергии, которое выдал аккумулятор. Если разделить это значение на 3.7V получим расчётный заряд 3184 mAh.
Расхождение реального количества энергии, которую выдал аккумулятор, отличается от расчётного на 3.8%, именно такая ошибка получится, если измерять не ватт-часы, а миллиампер-часы, выданные аккумулятором.
Справедливости ради надо сказать, что у обычных аккумуляторов это расхождение обычно составляет около одного процента.
Именно поэтому все устройства, измеряющие ёмкость аккумуляторов в миллиампер-часах дают лишь приблизительные результаты, ведь напряжение в процессе разряда меняется, а это не учитывается.
Точные результаты могут быть только в ватт-часах при условии, что в процессе разряда делается множество измерений.