В чем измеряется емкость аккумулятора

В чём измеряется ёмкость аккумуляторов? Амперы? мАч — как это полностью звучит?

Люди, зачем вы несёте чепуху? Не знаю предмет вопроса, не стоит отвечать.

Ёмкость, измеряемая, к примеру в Ампер-Часах, значит то, что аккумулятор способен отдавать ток 1А в течение стольки часов, какая цифра указана. Нам это очень подробно и многократно вдалбливали.

Пример из ответа выше: если аккумулятор заявлен 55 АЧ, значит он способен в течение 55 часов давать ток 1 Ампер. Но никак не наоборот! Если ждать от него 55 Ампер в течение часа — можно ждать вечно. Такого не будет.

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:

• критичная нагрузка, измеряемая в Ваттах (обозначение — P);
• время, которое батарея должна питать электрооборудование (t);
• напряжение каждого аккумулятора (V, измеряется в Вольтах)
• коэффициент использования емкости батареи: 1 — использование на 100%, 0,5 — на 50% и т. д. (обозначение — k).

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.

Что такое емкость аккумуляторной батареи и в чем она измеряется?

Аккумуляторы в наше время – распространенные устройствами. Они используются в автомобилях, промышленности, быту и средствах коммуникации. Стоит внимательно осмотреться и можно увидеть рядом с десяток аккумуляторных элементов. Их приходится заряжать, обслуживать и менять. При этом важно знать напряжение и емкость каждой батареи.

Что такое емкость аккумулятора

Аккумуляторная батарея (АКБ) – устройство для многоразового накопления и расходования электрической энергии. Объем накапливаемой энергии и есть емкость аккумуляторной батареи. От чего зависит емкость АКБ? В первую очередь от площади гальванической пары.

Каждый аккумулятор имеет катодные и анодные пластины, создающие определенный электрический потенциал. Называются эти пластины гальванической парой, а аккумуляторы – гальванической батареей. Чем больше площадь пластин гальванической пары, тем больше объем энергии. Для увеличения напряжения последовательно соединяют несколько гальванических пар. Получается батарея, рассчитанная на определенное напряжение. При этом емкость аккумулятора тоже увеличивается за счет каждой добавленной пары.

Совершенствование технологии в производстве аккумуляторов позволяет добиваться повышения емкости при сохранении или даже уменьшении размеров АКБ. Например, за счет изменения толщины пластин в парах. В основной состав применяемого материала добавляют различные компоненты для улучшения прочности конструкции катода и анода, устойчивости к химическим процессам. Так, кальций постепенно вытесняет сурьму из свинцово-кислотных батарей.

Изменяют и технологию изготовления пластин. Вместо плоских появились сепараторные. Сепараторы стали заполнять пастами и намазками, состав которых тоже постоянно совершенствуется. Все это позволяет получать большую емкость, срок службы и в некоторых случаях более высокий потенциал пары.

Напряжение гальванической пары зависит от технологии, применяемой в накоплении энергии. Существует более 30 типов аккумуляторов, определяемых по применяемым материалам. Выше потенциал пары – выше электроемкость батареи. Серийно выпускаемые аккумуляторы по видам применяемых материалов чаще всего бывают:

Потенциал между анодом и катодом появляется в условиях протекания химических процессов. А интенсивность большинства химических реакций зависит от температуры. Поэтому емкость аккумулятора зависит и от температуры. Стандартной температурой, при которой принимается 100% емкость батареи, является 25 о С. Считается, что с изменением температуры на градус емкость гальванической батареи меняется на 1%. С ростом температуры – в большую сторону, при ее снижении – в меньшую. Этот эффект часто используют в зимнее время, когда АКБ снимают с машины и заносят в теплое помещение.

Единицы измерения емкости аккумулятора

В физике электрическая емкость определяется в Кулонах, где 1 Кл равен силе тока в 1 Ампер за 1 секунду. Следовательно, 1 ампер в час равен 3600 Кл или 3,6 кКл (килокулон). А измеряется электрическая емкость в Фарадах, где 1 Фарад равен 1 Кл/В. Ведь при отдаче электроэнергии напряжение на клеммах аккумулятора снижается. Разряжать полностью большинство аккумуляторов не рекомендуется. Есть минимальный порог допустимого снижения напряжения гальванической пары, установленный для сохранения ее работоспособности на протяжении длительного времени.

Методы измерения емкости АКБ

Для измерения емкости в тех же единицах, в которых она указана, следует создать электрическую нагрузку с известной силой тока. Кроме того, нужно измерить время, в течение которого АКБ сможет питать нагрузку, пока напряжение на клеммах не снизится до минимального порога. Минимальное допустимое напряжение устанавливается производителями в случае, когда снижение ниже этой величины может привести к необратимым процессам, в результате которых АКБ потеряет часть своей емкости после повторного заряда. При этом срок службы АКБ также может сократиться. Для свинцово-кислотных АКБ с кальциевыми добавками типа Pb/Ca или Ca/Ca порог минимального напряжения составляет примерно 10,5 В. Точное значение производители указывают в паспорте на АКБ.

Для измерения силы тока используется амперметр. Поскольку под нагрузкой напряжение на клеммах снижается, сила тока тоже уменьшается, поэтому следует периодически – каждый час или чаще – фиксировать показания амперметра. Чтобы не превысить минимально допустимое напряжение, следует контролировать его показания вольтметром.

Важна также сила тока нагрузки. Чем больше ее значение, тем меньший объем энергии покажут измерения. Даже под нагрузкой в батарее проходят процессы, частично восстанавливающие ее заряд. Но скорость этих процессов конечная. При малых токах АКБ будет успешнее восстанавливать свой заряд и сможет дольше питать нагрузку. Поэтому для определения емкости АКБ под нагрузкой в целях ее сравнения и оценки в равных условиях с другими элементами установлены рекомендованные величины тока нагрузки.

Аккумуляторы проверяют нагрузкой с током, равным 1/10 и 1/20 его емкости. Это еще называется 10-часовым разрядом и 20-часовым разрядами. В первом случае определяют работоспособность АКБ для запуска двигателей внутреннего сгорания. Во втором случае – реальную полную емкость батареи. Она будет несколько выше, чем при 10-часовом разряде. Перед началом измерения АКБ должен быть полностью заряжен и отстояться не менее 3 часов для выравнивания плотности заряда по всему объему аккумулятора.

По достижении минимального допустимого уровня напряжения нагрузку отключают. Полученные значения тока за каждый час складывают. Первое измерение тока при подключении нагрузки не учитывают. Если измерения производились чаще 1 раза в час, то складывают среднее значение тока за каждый час. Полученная сумма даст емкость АКБ в ампер-часах. Точность измерения зависит от точности определения силы тока.

Для удобства проведения измерений существуют специальные электронные счетчики, учитывающие величину тока и время нагрузки одновременно. Некоторые даже могут самостоятельно отключать нагрузку при установленном значении минимального напряжения. Точность измерения подобного счетчика – до 1%.

Резервная емкость АКБ

На автомобильных аккумуляторах производители наносят важные обозначения: напряжение батареи, емкость и максимальный пусковой ток, который батарея может выдать во время стартерного пуска при температуре -18 о С. С некоторых пор появился еще один показатель АКБ – резервная емкость батареи (RC, reserve capacity).

Под резервной емкостью АКБ понимают возможность полностью заряженной батареи питать бортовую сеть автомобиля во время его движения с неработающим генератором. Конечно, у каждого автомобиля своя нагрузка. Поэтому для равной оценки АКБ принято считать, что в среднем нагрузка составляет 25 А. Это работа системы зажигания, фар, дворников, топливного насоса и другого оборудования автомобиля, необходимого для безопасного движения в ночное время или дождливую погоду.

Изначально указание RC было ловким маркетинговым ходом тех производителей, чьи АКБ не могли соревноваться по пусковым токам со стартерными батареями, но зато имели хорошие тяговые характеристики. Но вскоре этот показатель стали вносить в технические характеристики почти все ведущие производители аккумуляторов. Особенно если они были вполне конкурентоспособными.

Измерить резервную емкость можно нагрузкой 25 А. Время, в течение которого батарея будет питать нагрузку до достижения 10,5 В, измеряется в минутах. Полученный результат и есть резервная емкость. Чем больше ампер-часов у батареи, тем большее значение будет иметь RC. Поэтому сравнивают RC у батарей с одинаковой емкостью.

Остаточная емкость АКБ

В течение всего срока эксплуатации АКБ подвергается многократным циклам разряда и заряда. При этом она испытывает недозаряд при коротких и перезаряд при длительных поездках. А в зимнее время при неудачных пусках – глубокий разряд. К сожалению, большинство автомобилей не имеет специальных зарядных устройств (интеллектуальная зарядка батареи). Фактическая или остаточная емкость имеет прямую зависимость от режима эксплуатации. По этим причинам АКБ со временем теряют часть емкости, и каждого водителя интересует, какая остаточная электроемкость батареи. Считается, что если она будет менее 50% от первоначальной, аккумулятор требуется заменить.

Существуют различные методики определения остаточной емкости: с формулами, применением специальных приборов, использованием таблиц. Их цель – сэкономить время расчета. Это необходимо, когда в эксплуатации находится большое количество батарей. На практике в домашних условиях проще провести измерение оставшейся емкости путем разряда АКБ под нагрузкой с током 1/20 от начальной емкости батареи в вышеуказанном порядке. Полученный результат и будет остаточной емкостью АКБ.

Как рассчитать время работы от аккумулятора

Для примерного расчета оставшегося времени работы батареи под постоянной нагрузкой, например, автомагнитолы или габаритных огней, необходимо знать ток нагрузки или ее мощность. Поскольку все аккумуляторы выдают постоянные напряжение и ток, то здесь применяются простые формулы. Сила тока определяется по формуле:

• I – сила тока (А);
• P – мощность нагрузки (Вт);
• V – напряжение аккумулятора (В).

Время работы АКБ определяется по формуле:

• T – время работы нагрузки от АКБ (час);
• Q_факт – фактическая электроемкость АКБ в момент включения нагрузки (Ач);
• I – ток нагрузки на АКБ (А).

Фактическую электроемкость АКБ в момент подключения нагрузки можно определить по формуле:

• Q_факт – фактически оставшаяся электроемкость (Ач);
• Q_ост – остаточная электроемкость полностью заряженной батареи (Ач);
• З_% – уровень заряда в процентах (%);
• 100 – перевод процентов в доли.

Уровень заряда (З_%) можно определить из таблицы по величине напряжения на клеммах при температуре 25 о С.

Значение напряжения округлено до десятой доли для удобства запоминания. Снижение напряжения на 0,1 В соответствует снижению заряда на 10%.

Начальный ток разряда составит: 1,64 А = 20 Вт / 12,2 В. Фактическая электроемкость аккумулятора будет: 22,5 Ач = 45 Ач * 50 % (из таблицы) / 100. Время разряда батареи составит: 13,7 часов = 22,5 Ач / 1,64 А. Это значит, что, оставив автомобиль вечером на стоянке с включенными габаритами, утром его вы не сможете его завести. А если температура утром будет около ноля, то разряд наступит еще быстрее.

Ёмкость

Ёмкость аккумулятора – это количество электрического заряда, который может быть запасен аккумулятором и впоследствии использован мобильным устройством. Таким образом, ёмкость определяет время автономной работы.

По-научному электрический заряд измеряется с помощью электроскопа, как сила взаимодействия между заряженными пластинами. Единица измерения заряда кулон (Кл). Но измерять силу взаимодействия катода и анода внутри аккумулятора не представляется возможным, поэтому на практике измеряют не сам заряд, а электрический ток, который может создать полностью заряженный аккумулятор. Если разряд будет производиться с постоянным током, то ёмкость аккумулятора будет тем больше, чем дольше аккумулятор будет работать. Например, если аккумулятор непрерывно выдает 1A в течение 2 часов, то его ёмкость будет 1А * 2 часа = 2 Ah. Электрическая ёмкость аккумулятора является мерой или способностью накапливать электрический заряд. Единица измерения ёмкости аккумулятора Ah выбрана из-за удобства и является внесистемной единицей. Для обозначения ёмкости автомобильных аккумуляторов используется единица измерения Ah (ампер-час), а для маркировки аккумуляторов мобильных устройств используется mAh (1Ah= 1000mAh). Величина 1 ампер-час говорит о том, что в течение часа может обеспечиваться сила тока равная 1 А. Если задаться переводом этой единицы измерения в главные (СИ), будем иметь:

1A*h = 1 Кл/с * 3600 с = 3600 Кл

Расчет ёмкости по весу и размеру аккумулятора

C = W * K₁ / V

Где: С — емкость (mAh) W — вес элемента (kg) K₁ – плотность энергии (Wh/kg) V — номинальное напряжение

Например, расчетная ёмкость элемента 523450 будет равна: 0,02 kg * 200Wh / 3,7 * 0,12mAh / m3 = 1081mAh (каталожное значение 1050mAh).

Также можно определить ёмкость, зная размер аккумулятора:

C = H * L * S *K₂

Где: С — емкость (mAh) H – толщина элемента (mm) L – длина элемента (mm) S – ширина элемента (mm) K₂ – плотность энергии (mAh/m 3 )

Например, расчетная ёмкость элемента 523450 будет равна: 5,2 mm * 34 mm * 50 mm * 0,12mAh/m3 = 1060mAh (каталожное значение 1050mAh).

Ёмкость аккумулятора сильно зависит от температуры и силы тока. Один и тот же аккумулятор покажет меньшую ёмкость при низких температурах и больших токах.

Измерение ёмкости

В общем случае, значения ёмкости отличаются при разной температуре и силе тока.

Деградация ёмкости

В общем случае, аккумулятор деградирует быстрее при хранении в полностью заряженном состоянии (высокое напряжение), а также при работе в повышенной температуре и больших зарядных и разрядных токах.