РазноеОт чего зависит емкость аккумулятора – емкость, пусковой ток, габариты, полярность, обслуживаемые и необслуживаемые АКБ

От чего зависит емкость аккумулятора – емкость, пусковой ток, габариты, полярность, обслуживаемые и необслуживаемые АКБ

Содержание

Автомобильный аккумулятор — Википедия

Автомобильная свинцово-кислотная аккумуляторная батарея номинальной ёмкостью 40 А·ч, электрическое напряжение 12 В, «обратной» или «L» полярности, стандартные клеммы Свинцово-кислотная аккумуляторная батарея трактора Устройство автомобильной свинцово-кислотной аккумуляторной батареи на 12 В в разрезе. Батарея состоит из 6 аккумуляторов конструктивно объединённых в один общий корпус, каждый аккумулятор расположен в изолированной отдельной «банке» Схематичное изображение свинцово-кислотной 12 вольтовой аккумуляторной батареи
Расположение электродов в «банке» свинцово-кислотного аккумулятора в составе аккумуляторной батареи

Автомоби́льный аккумуля́тор (точнее — автомобильная аккумуляторная кислотная[источник не указан 311 дней] батарея [сокр. автомобильная АКБ] ) — тип электрической аккумуляторной батареи, применяемый на автомобильном или мототранспорте. Используется в качестве вспомогательного источника электроэнергии в бортовой сети при неработающем двигателе и для запуска двигателя.

На электротранспорте является не вспомогательным источником энергии, а основным. Такие аккумуляторы принято называть тяговыми.

Далее по тексту рассмотрена исключительно свинцово-кислотная аккумуляторная батарея, поскольку, если аккумулятор не тяговый, то как «автомобильный (стартёрный) аккумулятор», будет чаще использоваться такая. Замена пользователем на иной тип (к примеру, на литиевый блок) обычно невозможна[источник не указан 311 дней], даже при подходящем напряжении, в силу совершенно разных характеристик: прежде всего, свинцово-кислотные АКБ обладают уникальным свойством автоматической остановки заряда и резком росте напряжения, как и резком падении зарядного тока, при полном заряде. При этом, использование тех же литий-ионных или литий-железо-фосфатных аккумуляторов тоже возможно, но в силу того, что они требуют дополнительной электронной схемы для контроля за их состоянием, высокой стоимости, применяются реже
[1]
[2][3].

На малотоннажных грузовиках, микроавтобусах и легковых автомобилях с дизельными двигателями используются аккумуляторы с электрическим напряжением 12 вольт.

Напряжение без нагрузки (напряжение при снятых клеммах) аккумулятора можно связать с примерным уровнем заряда. Если аккумулятор находится на транспортном средстве, «напряжение без нагрузки» измеряется, когда двигатель остановлен, а нагрузка полностью отключена (сняты клеммы).

Степень заряженности оценивают на отключенном от нагрузки аккумуляторе, не менее, чем через 6 часов покоя, и при комнатной температуре. В случае температуры, отличной от комнатной, вносится температурная поправка. В среднем считается, что падение температуры на 1 °C от комнатной снижает ёмкость примерно на 1 %, таким образом при −30 °C ёмкость автомобильной АКБ будет равна примерно половине от ёмкости при +20 °C.

Напряжение без нагрузки
при T = 26,7 °C
Примерный
заряд
Плотность электролита
при T = 26,7 °C
12 В 6 В
12,65 В 6,32 В 100 % 1,265 г/см³
12,35 В 6,22 В 75 % 1,225 г/см³
12,10 В 6,12 В 50 % 1,190 г/см³
11,95 В 6,03 В 25 % 1,155 г/см³
11,70 В 6,00 В 0 % 1,120 г/см³
Напряжение без нагрузки также зависит от температуры и от плотности электролита при полном заряде. Следует заметить, что плотность электролита при одном и том же уровне заряда в свою очередь также зависит от температуры (обратная зависимость).
  • Ёмкость аккумулятора, измеряющаяся в ампер-часах. Применительно к маркировке аккумулятора, значение ёмкости показывает, каким током будет равномерно разряжаться автомобильная АКБ до конечного напряжения при 20-часовом цикле разряда. Например, обозначение 6СТ-60 означает, что батарея в течение 20 часов будет отдавать ток 3 А, при этом в конце напряжение на клеммах не упадет до 10,5 В. Однако, это вовсе не означает линейную зависимость времени разряда от разрядного тока. Целый час стабильно отдавать 60 А наша батарея не сможет.

Особенностью аккумуляторов является уменьшение времени разряда с повышением разрядных токов. Зависимость времени разряда от тока разряда близка к степенной. Распространена, в частности, формула немецкого ученого Пейкерта (англ.), который установил, что: Cp=Ikt,{\displaystyle C_{p}=I^{k}t,}. Здесь Cp{\displaystyle C_{p}} — ёмкость аккумулятора, а k{\displaystyle k} — число Пейкерта — показатель степени, постоянный для данного аккумулятора или типа аккумуляторов. Для свинцовых кислотных аккумуляторов число Пейкерта обычно изменяется от 1,15 до 1,35. Величину константы в левой части уравнения можно определить по номинальной ёмкости аккумулятора. Тогда, после нескольких преобразований, получим формулу для реальной ёмкости аккумулятора E{\displaystyle E} при произвольном токе разряда I{\displaystyle I}:

E=En(InI)p−1{\displaystyle E=E_{n}\left({\frac {I_{n}}{I}}\right)^{p-1}}.

Здесь En{\displaystyle E_{n}} — номинальная ёмкость аккумулятора, а In{\displaystyle I_{n}} — номинальный ток разряда, при котором задана номинальная ёмкость (обычно ток 20-часового или 10-часового цикла разряда).

Ёмкость аккумулятора, как правило, выбирается исходя из рабочего объёма двигателя (больший объём — бо́льшая мощность стартёра — бо́льшая ёмкость АКБ), его типа (для дизельных ёмкость автомобильной АКБ должна быть больше, чем для бензиновых при равном объёме цилиндров) и условий эксплуатации (для районов с холодным климатом ёмкость увеличивают, по причине снижения ёмкости АКБ при отрицательных температурах и затруднения пуска двигателя стартёром из-за загустения масла).

  • Резервная ёмкость. В отличие от номинальной ёмкости, которая определяется разрядом относительно малым током, резервная ёмкость показывает, сколько времени способен проехать автомобиль зимней ночью при неисправности генератора. Ток разряда принимается равным 25 А, поскольку зимней ночью очень много энергии уходит на освещение и обогрев салона. При этом нельзя просто разделить номинальную ёмкость автомобильной АКБ на 25 А. При таком токе резервная ёмкость составит примерно 2/3 от номинальной. Как правило, значение резервной ёмкости указывается на маркировке автомобильной АКБ в минутах.
  • Пусковой ток. Или ток холодной прокрутки (cold cranking amps CCA). Максимальный ток, который способен отдавать аккумулятор без посадки напряжения на клеммах ниже 9В в течение 30 секунд при −18 °C по ГОСТ 53165-2008.
  • При температуре окружающего воздуха –10 °C зарядные характеристики аккумулятора, не имеющего обогрева, из-за охлаждения ухудшаются, а при температуре ниже –30 °C заряд от штатного генератора автомобиля практически отсутствует[4]. Температура электролита в аккумуляторе, установленном на автомобиле, на 5—7 °C выше температуры окружающей среды и изменяется вслед за ней с запаздыванием на 4—5 часа. В режиме длительного движения за 10—12 часов температура электролита в не обогреваемых аккумуляторных батареях повышается на 2—3 °C, а при наличии обогреваемого отсека для аккумуляторных батарей на 5—7 °C. Поэтому, для надёжной эксплуатации в условиях низких температур применяются конструкции аккумулятора с внутренним электроподогревом[5][6].

Аккумулятор автомобиля содержит химические вещества, которые при взаимодействии производят электрический ток. Два разнородных металла помещаются в кислотную среду, которая называется электролитом. Возникает поток электронов и электроны из одной группы пластин переходят в другую.

Батарея заряжена

Полностью заряженная батарея содержит отрицательную пластину губчатого свинца (Pb) — катод, положительную пластину диоксида свинца (PbO2) – анод, и электролит из раствора серной кислоты (H2SO4) и воды (H2O).

Батарея разряжается

Когда аккумулятор разряжается, диоксид свинца на катоде восстанавливается, на аноде свинец окисляется. Металлы обоих пластин вступают в реакцию с SO4, в результате образуется сульфат свинца (PbSO4). Водород (H2) из серной кислоты вступает в реакцию с кислородом (O2) из положительной пластины и образуется вода (H2O). При этом расходуется серная кислота и образуется вода. Правильная зарядка во многом определяет ресурс службы батареи.[7]

Батарея разряжена

В полностью разряженном аккумуляторе обе пластины покрыты сульфатом свинца (PbSO4), а электролит разбавлен до большей степени водой (H2O).

Батарея заряжается

I_{n} Автомобильный аккумулятор после взрыва

Процесс противоположен разрядке.

Сульфат (SO4) покидает пластины и объединяется с водородом (H2), превращаясь в серную кислоту (H2SO4). Свободный кислород (O2) объединяется со свинцом (Pb) на положительной пластине с образованием диоксида свинца (PbO2). Когда батарея приближается к полной зарядке, водород образуется на отрицательных пластинах, а кислород — на положительных, происходит газообразование. Выделяющийся газ взрывоопасен.

Тип батареи

В основном используется свинцово-кислотный тип. Собственно батарея состоит из 6 аккумуляторов (банок), каждая номинальным напряжением около 2,2 вольта, соединённых последовательно в батарею. Обычный электролит представляет собой смесь дистиллированной воды и серной кислоты с плотностью в пределах 1,23-1,31 г/см³ (чем больше плотность электролита, тем более морозостойкая батарея), но сейчас появились автомобильные АКБ построенные на базе технологии AGM (Absorbent Glass Mat), электролит в которых абсорбирован в стеклянном волокне[уточнить], а также т. н. гелевые аккумуляторы, где электролит загущается до гелеобразного состояния силикагелем (технология носит название GEL).

Размеры

Так сложилось, что при разработке нового типа или даже марки автотехники нередко приходилось разрабатывать под неё новую автомобильную АКБ. В дальнейшем производители разработали большую номенклатуру различных аккумуляторов, существенно различающихся типоразмерами и электрическими характеристиками. Для тяжёлых грузовиков и спецмашин, имеющих бортовую сеть 24 вольта, применяются две одинаковые 12-вольтовые батареи, соединённые последовательно или одна 24-вольтовая батарея (редко).

В настоящее время существует несколько форм-факторов батарей. Аккумуляторы для японского и европейских рынков могут иметь разные размеры.

Полярность
I_{n} Варианты расположения контактов автомобильных аккумуляторов: 0 — Азия, 1 — Европа, 3 — требующие последовательного соединения 2 АКБ по 12 В для получения суммарного напряжения 24 В (обычно для дизельных грузовых автомобилей и тяжёлой техники)

«Обратная» или «прямая». Определяет расположение электродов на корпусе автомобильной АКБ. Для автомобилей отечественного выпуска характерна прямая полярность, при которой плюсовая клемма находится слева, а минусовая — справа, при положении аккумулятора «клеммы ближе к вам». Установить чужую батарею, например «европейскую» на японский автомобиль, зачастую бывает невозможно. Может потребоваться удлинение проводов.

Диаметр контактных клемм

В типе Euro — type 1 — 19,5 мм «плюсовая» клемма и 17,9 мм «минусовая» клемма. Тип Asia — Type 3 — 12,7 мм у «плюсовой» клеммы, — и 11,1 мм у клеммы «минус»[8]. Выпускаются «колпачки» — переходники с тонких клемм на толстые.

Тип крепления

В конкретном транспортном средстве может быть реализован один из типов крепления автомобильной АКБ — верхнее или нижнее. В ряде автомобилей конструкции для закрепления батареи может быть не предусмотрено. Обозначения типов нижнего крепления следующие: B00, B01, B03, B13.

Необходимость обслуживания

По этому принципу автомобильные АКБ классифицируют на два типа: обслуживаемые (и как их подкатегория — малообслуживаемые) и необслуживаемые (в тексте ГОСТа обозначенные как безуходные). В простых по конструкции аккумуляторах необходим регулярный контроль состояния электролита и регулярная подзарядка по специальной технологии с помощью стационарного зарядного устройства. На промышленных предприятиях для ухода за автомобильными аккумуляторами есть специально обученные люди (аккумуляторщики) а также зарядные станции.

Однако «необслуживаемые» автомобильные АКБ — это не значит, что за такой батареей совсем не нужен уход. Как правило, необслуживаемая батарея имеет встроенный индикатор-ареометр, по цвету которого определяется плотность электролита — зелёный поясок при нормальной плотности, красный или белый — при низкой (батарея подлежит замене). Также необходимо периодически контролировать уровень электролита по меткам на корпусе. На всех автомобильных АКБ во избежание повреждения аккумуляторного отсека кислотой необходимо контролировать герметичность корпуса, заливных пробок и чистоту дренажных отверстий, а при появлении признаков электролита устранить течь и тщательно промыть корпус и отсек автомобильной АКБ нейтрализующим щелочным составом. Также необходимо периодически тщательно очищать и смазывать клеммы литиевой смазкой, во избежание их электрокорозийного разрушения.

  • Различные типы аккумуляторов обладают разными особенностями, которые не позволяют однозначно назвать «лучший» тип аккумулятора. Можно говорить только о лучшей применимости различных типов аккумуляторов в разных условиях. Так, например, современные «кальциевые» аккумуляторы обладают низким саморазрядом, не требуют обслуживания, однако не терпят глубоких разрядов, например, при коротких поездках в зимние морозы, или длительной стоянке автомобиля. В то же время, для «обслуживаемых» (практически не производятся) и «малообслуживаемых» аккумуляторов глубокий разряд не столь губителен, зато такие типы аккумуляторов требуют доливки дистиллированной воды (при исправном электрооборудовании и среднем пробеге — примерно 1 раз в 4—7 месяцев).
  • С понижением температуры падает способность аккумулятора «принимать заряд». Поэтому короткие поездки в зимние морозы, особенно с включёнными фарами, могут довольно быстро привести к полному разряду даже абсолютно исправного аккумулятора. Это приводит не только к невозможности запуска мотора, но и к сокращению срока службы аккумулятора, особенно «кальциевого».
  • Зимой аккумулятор рекомендуется периодически снимать с автомобиля и заряжать зарядным устройством после согревания на воздухе до положительной температуры. Согревать холодный аккумулятор в горячей воде нежелательно по причине возможного частичного осыпания активной массы пластин из-за быстрых температурных деформаций.
  • Существует мнение[где?] о недопустимости установки на автомобиль аккумулятора с повышенной ёмкостью, так как при большей ёмкости автомобильная АКБ якобы не будет успевать заряжаться. Однако, энергия, потраченная на пуск двигателя, не зависит от ёмкости, поэтому при исправном генераторе будет восполнена в автомобильной АКБ за одно и то же время. Также опасение у некоторых вызывает возможность сгорания стартера, однако потреблённый стартером ток зависит не от ёмкости автомобильной АКБ, а только от его внутреннего сопротивления и условий пуска. Для районов с суровыми зимами рекомендуется установка автомобильной АКБ повышенной ёмкости. При этом аккумулятор способен будет отдать больший ток при пуске, увеличивается количество попыток пуска, уменьшается относительный разряд батареи, что увеличивает надёжность и продлевает срок службы
    [9]
    . Однако, у менее ёмкого аккумулятора скорее всего просадка напряжения в момент пуска двигателя больше, чем у более ёмкого, а значит и возможный максимальный ток тоже меньше, чем у более ёмкого, так что, возможно, доля правды в этом мифе всё-таки присутствует. Однако, следует иметь в виду, что аккумулятор большей ёмкости (нежели штатный) требует и большего времени для полной зарядки, если он сильно разряжен. А это случается зимой довольно часто, так как такой аккумулятор позволяет долго крутить стартер. Также, чем больше ёмкость, тем желательнее больший зарядный ток. Особенностью свинцово-кислотных аккумуляторов является то, что они сильно снижают свой ресурс, если заряжены не на 100 %, вследствие возникающей необратимой сульфатации. Поэтому, если в зимнее время аккумулятор с большей ёмкостью будет всё-таки сильно разряжен долгими попытками пуска, то вероятность выхода его из строя будет выше из-за нехватки времени на полный восстановительный заряд, что в ряде случаев усугубится также недостаточно сильным током, выдаваемым штатным генератором, особенно в режиме холостого хода. Следовательно, для продления ресурса аккумулятора большей ёмкости зимой следует его периодически снимать, отогревать и заряжать. Иначе, постоянно недозаряженный аккумулятор прослужит недолго, и единственным плюсом его применения будет увеличенное время прокрутки мотора и величина стартового тока, которые начнут неуклонно уменьшаться вследствие сульфатации, вплоть до полной непригодности аккумулятора. Также следует учитывать, что аккумулятор существенно бо́льшей ёмкости будет иметь бо́льшие габаритные размеры и может не поместиться в отсеке для аккумуляторной батареи. В интернете можно встретить утверждение, что в условиях низких температур зимой процесс сульфатации пластин происходит крайне медленно в силу особенностей прохождения химической реакции, однако следует критически относиться к этому утверждению, так как в процессе работы аккумулятор нагревается, и, следовательно, сульфатация всё же имеет место.
  • Крайне нежелательно заменять аккумулятор при работающем двигателе, поскольку связанные с отключением и подключением аккумулятора скачки напряжения могут вывести из строя электрооборудование автомобиля. При необходимости замены аккумулятора при работающем двигателе, для минимизации скачка напряжения необходимо перед отключением аккумулятора включить в автомобиле максимальное количество электроприборов (фары, мотор «печки», магнитолу, обогрев заднего стекла и т. д.). Подключение каждой клеммы должно производиться быстро, без многократного касания клеммой вывода аккумулятора. Обороты двигателя не должны превышать холостых. В идеале отключаемый/подключаемый аккумуляторы и клеммы автомобиля необходимо временно соединить параллельно проводами, после чего отсоединить все провода от отключаемого аккумулятора, установить подключаемый, надеть на него клеммы, и в самом конце отсоединить временные провода от клемм автомобиля и от подключённого аккумулятора. Таким образом достигается заведомо постоянное соединение какого-либо из аккумуляторов, и практически нивелируются нежелательные скачки напряжения.
  • При севшем аккумуляторе, т. н. «прикуривание» от другой автомашины необходимо осуществлять с тщательным соблюдением определённого набора правил, определяемых производителем автомобиля. Нарушение этих правил может оказаться причиной выхода из строя оборудования автомобиля.
  • Каштанов В. П., Титов В. В., Усков А. Ф. и др. Свинцовые стартерные аккумуляторные батареи. Руководство.. — М.: Воениздат, 1983. — С. 21—23, 176. — 148 с.

Стандарты в Российской Федерации[править | править код]

В России к автомобильным аккумуляторным батареям и аккумуляторам предъявляются ряд нормативных требований, в частности действует ряд ГОСТов:

Общие
  • ГОСТ Р 58092.1-2018 «Системы накопления электрической энергии (СНЭЭ). Термины и определения»
  • ГОСТ 15596-82 «Источники тока химические. Термины и определения» / Сборник стандартов «Электротехника. Термины и определения». Часть 2 // М.: Стандартинформ, 2005. Текст документа на сайте «Техэксперт».
  • ГОСТ 33667-2015 «Автомобильные транспортные средства. Наконечники проводов к выводам аккумуляторных батарей и стартеров. Технические требования и методы испытаний»
  • ГОСТ Р ИСО 6469-1-2016 «Транспорт дорожный на электрической тяге. Требования безопасности. Часть 1. Системы хранения энергии аккумуляторные бортовые»
  • ГОСТ Р МЭК 62485-3-2013 «Батареи аккумуляторные и аккумуляторные установки. Требования безопасности. Часть 3. Тяговые батареи»
  • ГОСТ Р МЭК 61982-1-2011 «Батареи аккумуляторные для использования на электрических дорожных транспортных средствах. Часть 1. Параметры испытаний»
  • ГОСТ Р МЭК 61982-2018 «Батареи аккумуляторные для использования на электрических дорожных транспортных средствах, за исключением литиевых батарей. Методы испытаний для определения рабочих характеристик и выносливости»
  • ГОСТ 8771-76 «Битум нефтяной для заливочных аккумуляторных мастик. Технические условия» (с изменениями №№ 1, 2, 3)
  • ГОСТ 10273-79 «Графит для изготовления активных масс щелочных аккумуляторов. Технические условия» (с изменениями №№ 1, 2, 3)
По свинцово-кислотным
  • ГОСТ Р 53165-2008 (МЭК 60095-1:2006) «Батареи аккумуляторные свинцовые стартерные для автотракторной техники. Общие технические условия» // М.: Стандартинформ, 2009. Текст документа на сайте «Техэксперт».
  • ГОСТ 6851-2003 «Батареи аккумуляторные свинцовые стартерные и нестартерные для мотоциклетной техники. Общие технические условия»
  • ГОСТ Р МЭК 61430-2004 «Аккумуляторы и аккумуляторные батареи. Методы испытаний функционирования устройств, предназначенных для уменьшения взрывоопасности. Свинцово-кислотные стартерные батареи»
  • ГОСТ Р МЭК 60254-2-2009 «Батареи аккумуляторные свинцово-кислотные тяговые. Часть 2. Размеры аккумуляторов и выводов и маркировка полярности аккумуляторов»
  • ГОСТ 6980-76 «Моноблоки эбонитовые аккумуляторные для автомобилей, автобусов и тракторов. Технические условия» (с изменениями №№ 1, 2, 3, 4)
  • ГОСТ 667-73 «Кислота серная аккумуляторная. Технические условия» (с изменениями №№ 1, 2, 3)
  • ГОСТ 11380-74 «Барий сернокислый аккумуляторный. Технические условия» (с изменениями №№ 1, 2)
По никель-металлгидридным
  • ГОСТ Р МЭК 62675-2017 «Аккумуляторы и аккумуляторные батареи, содержащие щелочной и другие некислотные электролиты. Герметичные призматические никель-металлгидридные аккумуляторы»
  • ГОСТ Р МЭК 61436-2004 «Аккумуляторы и аккумуляторные батареи, содержащие щелочной и другие некислотные электролиты. Аккумуляторы никель-металл-гидридные герметичные»
По никель-кадмиевым
  • ГОСТ Р МЭК 60623-2008 «Аккумуляторы и аккумуляторные батареи, содержащие щелочной и другие некислотные электролиты. Аккумуляторы никель-кадмиевые открытые призматические»
  • ГОСТ 27174-86 (МЭК 623-83) «Аккумуляторы и батареи аккумуляторные щелочные никель-кадмиевые негерметичные емкостью до 150 А·ч. Общие технические условия» (с изменениями №№ 1, 2, 3, 4, 5)
  • ГОСТ Р МЭК 60622-2010 «Аккумуляторы и аккумуляторные батареи, содержащие щелочной и другие некислотные электролиты. Герметичные никель-кадмиевые призматические аккумуляторы»
  • ГОСТ Р МЭК 62259-2007 «Аккумуляторы и аккумуляторные батареи, содержащие щелочной и другие некислотные электролиты. Аккумуляторы никель-кадмиевые призматические с газовой рекомбинацией»
По литий-ионным
  • ГОСТ Р 56229-2014/ISO/IEC PAS 16898:2012 «Транспорт дорожный на электрической тяге. Аккумуляторы литий-ионные. Обозначение и размеры»
  • ГОСТ Р МЭК 62660-1-2014 «Аккумуляторы литий-ионные для электрических дорожных транспортных средств. Часть 1. Определение рабочих характеристик»
  • ГОСТ Р МЭК 62660-2-2014 «Аккумуляторы литий-ионные для электрических дорожных транспортных средств. Часть 2. Испытания на надежность и эксплуатацию с нарушением режимов»
  • ГОСТ Р 58152-2018 (МЭК 62660-3:2016) «Аккумуляторы литий-ионные для электрических дорожных транспортных средств. Часть 3. Требования безопасности»
  • ГОСТ Р ИСО 12405-1-2013 «Транспорт дорожный на электрической тяге. Методы испытаний тяговых литий-ионных батарейных блоков и систем. Часть 1. Высокомощные применения»
  • ГОСТ Р ИСО 12405-2-2014 «Транспорт дорожный на электрической тяге. Технические требования к испытаниям модулей и систем тяговых литий-ионных батарей. Часть 2. Высокоэнергетическое применение»
  • ГОСТ Р МЭК 62620-2016 «Аккумуляторы и аккумуляторные батареи, содержащие щелочной или другие некислотные электролиты. Аккумуляторы и батареи литиевые для промышленных применений» (распространяется в том числе на аккумуляторы и аккумуляторные батареи для вилочных погрузчиков, гольф-каров, автоматизированных транспортных средств для контейнеров, железнодорожный, морской транспорт)

ru.wikipedia.org

Электрический аккумулятор — Википедия

Зарядное устройство «Duracell», для заряжания как аккумуляторов типоразмеров AA и AAA (видны пружинные прижимы для них), так и аккумуляторные батареи типа «Крона». Во время зарядки горят индикаторы

Электри́ческий аккумуля́тор — химический источник тока, источник ЭДС многоразового действия, основная специфика которого заключается в обратимости внутренних химических процессов, что обеспечивает его многократное циклическое использование (через заряд-разряд) для накопления энергии и автономного электропитания различных электротехнических устройств и оборудования, а также для обеспечения резервных источников энергии в медицине, производстве, транспорте и в других сферах.

Термин «аккумулятор» используется для обозначения отдельного элемента: например, аккумулятор, аккумуляторная банка, аккумуляторная ячейка. Но, разговорной речи на бытовом уровне может также применяться в отношении нескольких отдельных элементов, соединённых последовательно (для увеличения напряжения) или параллельно (для увеличения силы тока) друг с другом, то есть для обозначения аккумуляторной батареи.

Первый прообраз аккумулятора, который, в отличие от батареи Алессандро Вольты, можно было многократно заряжать, был создан в 1803 году Иоганном Вильгельмом Риттером. Его аккумуляторная батарея представляла собой столб из пятидесяти медных кружочков, между которыми было проложено влажное сукно. После пропускания через данное устройство тока от вольтова столба оно само начинало вести себя как источник электричества[1].

Принцип действия аккумулятора основан на обратимости химической реакции. Работоспособность аккумулятора может быть восстановлена путём заряда, то есть пропусканием электрического тока в направлении, обратном направлению тока при разряде. Несколько аккумуляторов, объединённых в одну электрическую цепь, составляют аккумуля́торную батаре́ю.

Свинцово-кислотный аккумулятор[править | править код]

Принцип работы свинцово-кислотных аккумуляторов основан на электрохимических реакциях свинца и диоксида свинца в растворе серной кислоты.

Химическая реакция (слева направо — разряд, справа налево — заряд):

Pb+SO42−−2e−⇆PbSO4{\displaystyle Pb+SO_{4}^{2-}-2e^{-}\leftrightarrows PbSO_{4}}
PbO2+SO42−+4H++2e−⇆PbSO4+2h3O{\displaystyle PbO_{2}+SO_{4}^{2-}+4H^{+}+2e^{-}\leftrightarrows PbSO_{4}+2H_{2}O}
Литий-ионный аккумулятор[править | править код]

Литий-ионный аккумулятор состоит из электродов (катодного материала на алюминиевой фольге и анодного материала на медной фольге), разделённых пропитанными электролитом пористыми сепараторами. Переносчиком заряда в литий-ионном аккумуляторе является положительно заряженный ион лития, который внедряется (интеркалируется) в кристаллическую решетку других материалов (например, в графит, оксиды и соли металлов) с образованием химической связи (например: в графит с образованием LiC6, оксиды (LiMO2) и соли (LiMRON) металла).

Алюминий-ионный аккумулятор состоит из металлического алюминиевого анода, катода из графита в виде пены и жидкого ионного невоспламеняющегося электролита. Батарея работает по принципу электрохимического осаждения: происходит растворение алюминия на аноде, далее в среде жидкого электролита анионы хлоралюмината интеркалируют в графит. Количество возможных перезарядок батареи — более 7,5 тыс. циклов без потери мощности[2][3].

Ёмкость аккумулятора[править | править код]

За ёмкость аккумулятора чаще всего принимают количество электричества равное 1 Кл, при силе тока 1 А в течение 1 с, (при переводе времени в часы получаем 1 А*ч=3600 Кл). Однако принимают, а не измеряют. Существует распространенное заблуждение, что ёмкость аккумулятора измеряется в А*ч, это не совсем так, т. к. в 1 А*с=1 Кл или 1 А*ч=3600 Кл измеряется количество электричества или электрический заряд; по формуле Q= I*t, где Q -количество электричества или электрический заряд, I — сила тока, t — время протекания электрического тока. Например, обозначение «12 В на 55 А*ч» означает, что аккумулятор выдаёт количество электричества 198 кКл (кило Кулон) по какому-либо контуру, при токе разряда 55 А за 1 ч (3600 с) до порогового напряжения 10,8 В. Расчёт показывает, что при токе разряда в 255 А аккумулятор разрядится за 12,9 минут. Как видно 55 А*ч — это не ёмкость (электрическая ёмкость измеряется в Фарадах, 1 Ф= 1 Кл/В). Поэтому на аккумуляторе написано количество электричества Q, которое он выдаёт при определённом токе разряда и определённом времени его прохождения.[источник не указан 1048 дней]

Плотность энергии[править | править код]

Плотность энергии — количество энергии на единицу объёма или единицу веса аккумулятора (см. ст. Плотность энергии).

Саморазряд[править | править код]

Саморазряд — это потеря аккумулятором заряда после полной зарядки при отсутствии нагрузки. Саморазряд проявляется по-разному у разных типов аккумуляторов, но всегда максимален в первые часы после заряда, а после — замедляется.

Для Ni-Cd аккумуляторов считают допустимым не более 10 % саморазряда за первые 24 часа после проведения зарядки. Для Ni-MH саморазряд чуть меньше. У Li-ion он пренебрежимо мал и значительно себя проявляет только в течение нескольких месяцев.

В свинцово-кислотных герметичных аккумуляторах саморазряд составляет около 40 % за 1 год хранения при 20°С, 15 % — при 5°С. Если температуры хранения более высокие, то саморазряд возрастает: батареи при 40°С теряют ёмкости 40 % всего за 4-5 месяцев.

Температурный режим[править | править код]

Следует беречь аккумуляторы от огня и воды, чрезмерного нагревания и охлаждения, резких перепадов температур.

Не следует использовать аккумуляторы при температурах выше +50°С и ниже −25°С. При эксплуатации аккумулятора в условиях «холодной зимы» рекомендуется его снимать и хранить в тёплом помещении. Нарушение температурного режима может привести к сокращению срока службы или потере работоспособности.

Тип аккумулятора[править | править код]

Тип аккумулятора определяется используемыми материалами. Различают следующие:

  • Cn-Po — Графен-полимерный аккумулятор.
  • La-Ft — лантан-фторидный аккумулятор
  • Li-Ion — литий-ионный аккумулятор (3,2-4,2 V), общее обозначение для всех литиевых аккумуляторов
    • Li-Co — литий-кобальтовый аккумулятор, (3,6 V), на базе LiCoO2, технология в процессе освоения
    • Li-Po — литий-полимерный аккумулятор (3,7 V), полимер в качестве электролита
    • Li-Ft — литий-фторный аккумулятор
    • Li-Mn — литий-марганцевый аккумулятор (3,6 V) на базе LiMn2O4
    • LiFeS — литий-железно-сульфидный аккумулятор (1,35 V)[источник не указан 647 дней]
    • LiFeP или LFP — Литий-железно-фосфатный аккумулятор (3,3 V) на базе LiFePO4
      • LiFeYPO4 — литий-железо-иттрий-фосфатный (Добавка иттрия для улучшения свойств)
    • Li-Ti — литий-титанатный аккумулятор (3,2 V) на базе Li4Ti5О12
    • Li-Cl — литий-хлорный аккумулятор (3,99 V)
    • Li-S — литий-серный аккумулятор (2,2 V)
    • LMPo — литий-металл-полимерный аккумулятор
  • Fe-air — железо-воздушный аккумулятор
  • Na/NiCl — никель-солевой аккумулятор (2,58 V)
  • Na-S — натрий-серный аккумулятор, (2 V), высокотемпературный аккумулятор
  • Ni-Cd — никель-кадмиевый аккумулятор (1,2 V)
  • Ni-Fe — железо-никелевый аккумулятор (1,2-1,9 V)
  • Ni-H2 — никель-водородный аккумулятор (1,5 V)
  • Ni-MH — никель-металл-гидридный аккумулятор (1,2 V)
  • Ni-Zn — никель-цинковый аккумулятор (1,65 V)
  • Pb — свинцово-кислотный аккумулятор (2 V)
  • Pb-H — свинцово-водородный аккумулятор
  • Ag-Zn — серебряно-цинковый аккумулятор (1,85 V)
  • Ag-Cd — серебряно-кадмиевый аккумулятор (1,6 V)
  • Zn-Br — цинк-бромный аккумулятор (1,8 V)
  • Zn-air — цинк-воздушный аккумулятор
  • Zn-Cl — цинк-хлорный аккумулятор
  • RAM (Rechargeable Alkaline Manganese) — перезаряжаемая разновидность марганцево-цинкового щелочного гальванического элемента (1,5 V)[источник не указан 975 дней]
  • Ванадиевый аккумулятор (1,41 V)[источник не указан 975 дней]
  • Алюминиево-графитный аккумулятор (2 V)[источник не указан 975 дней]
  • Алюминиево-ионный аккумулятор (2 V)[4]

Электрические и эксплуатационные характеристики аккумулятора зависят от материала электродов и состава электролита. Сейчас наиболее распространены следующие аккумуляторы:

Тип ЭДС (В) Область применения
свинцово-кислотные

Pb

2,1 троллейбусы, трамваи, воздушные суда, автомобили, мотоциклы, электропогрузчики, штабелеры, электротягачи, аварийное электроснабжение, источники бесперебойного питания
никель-кадмиевые

Ni-Cd

1,2 замена стандартного гальванического элемента, строительные электроинструменты, троллейбусы, воздушные суда
никель-металл-гидридные

Ni-MH

1,2 замена стандартного гальванического элемента, электромобили
литий-ионные

Li‑ion

3,7 мобильные устройства, строительные электроинструменты, электромобили
литий-полимерные

Li‑pol

3,7 мобильные устройства, электромобили
никель-цинковые

Ni-Zn

1,6 замена стандартного гальванического элемента

Форм-факторы[править | править код]

Литий-ионный аккумулятор форм-фактора 18650
Внешний аккумулятор[править | править код]

Внешний аккумулятор (аккумуляторная батарея) (англ. power bank) — устройство для многократной подзарядки мобильного устройства (телефона, смартфона, планшетного компьютера) при отсутствии источника переменного тока (электросети).

Причиной появления этих устройств стало то, что при активном использовании современных смартфонов и планшетов заряда их аккумуляторов хватает на сравнительно короткое время — полдня или день. Для их зарядки в полевых условиях и были разработаны портативные аккумуляторы[5][6]. Типичный вес таких устройств — от нескольких сотен грамм, ёмкость от нескольких тысяч мА*ч до 10-20 А*ч[7]. С их помощью можно зарядить телефон 2-3 раза. Чаще всего они предоставляют для подключения порт USB. Некоторые из них имеют разъёмы или переходники для популярных разъёмов мобильных телефонов. Внешние аккумуляторы больших ёмкостей могут иметь переходники для зарядки ноутбуков. Иногда на внешних аккумуляторах имеется индикатор заряда или встроенный светодиодный фонарик.

В большинстве случаев возможность систематического использования аккумуляторов есть только в портативных устройствах радиосвязи и иной цифровой технике, где используются литий-ионные аккумуляторы и система контроля заряда-разряда встроена в устройство. В бюджетном сегменте «простые» никель-металл-гидридные и никель-кадмиевые аккумуляторы используются в качестве бюджетной замены щелочных элементов питания (батареек). В качестве источника тока для бюджетного аккумуляторного электроинструмента используются никель-кадмиевые аккумуляторы.

Если в первом случае обычно есть возможность выбирать между бюджетным устройством «стандартного» заряда и зарядным устройством с контролем заряда (капельный заряд, импульсный заряд, ускоренный заряд с контролем напряжения и т. д.), то во втором случае изделие комплектуется, как правило, с трансформаторным источником питания для зарядки постоянным током, что при несоблюдении технических условий эксплуатации аккумулятора снижает срок его службы.

По мере исчерпания химической энергии напряжение и ток падают, аккумулятор перестаёт действовать. Зарядить аккумулятор (батарею аккумуляторов) можно от любого источника постоянного тока с бо́льшим напряжением при ограничении тока. Наиболее распространённым считается зарядный ток (в амперах), пропорциональный 1/10 условной номинальной ёмкости аккумулятора (в ампер⋅часах).

Однако, основываясь на техническом описании, распространяемом изготовителями широко применяемых электрических аккумуляторов (NiMH, NiCd), можно сделать предположение о том, что данный режим заряда, обычно именуемый стандартным, рассчитывается исходя из продолжительности восьмичасового рабочего дня, когда разряженный в конце рабочего дня аккумулятор подключается к сетевому зарядному устройству до начала нового рабочего дня. Применение такого режима заряда для этих типов аккумуляторов при систематическом использовании позволяет соблюсти качественно-стоимостной баланс эксплуатации изделия. Таким образом, с подачи изготовителя данный режим можно применять только для никель-кадмиевых и никель-металл-гидридных аккумуляторов.

Многие типы аккумуляторов имеют различные ограничения, которые необходимо учитывать при зарядке и последующей эксплуатации, например NiMH-аккумуляторы чувствительны к перезаряду, литиевые — к переразряду, напряжению и температуре. NiCd- и NiMH-аккумуляторы имеют так называемый эффект памяти, заключающийся в снижении ёмкости в случае, когда зарядка осуществляется при не полностью разряженном аккумуляторе. Также эти типы аккумуляторов обладают заметным саморазрядом, то есть они постепенно теряют заряд, не будучи подключенными к нагрузке. Для борьбы с этим эффектом может применяться капельная подзарядка.

Методы заряда аккумуляторов[править | править код]

Для заряда аккумуляторов применяется несколько методов; как правило, метод заряда зависит от типа аккумулятора[8].

Медленный заряд постоянным током

Заряд постоянным током, пропорциональным 0,1-0,2 условной номинальной ёмкости Q в течение примерно 15-7 часов соответственно.

Самый длительный и безопасный метод заряда. Подходит для большинства типов аккумуляторов.

Быстрый заряд

Заряд постоянным током, пропорциональным 1/3 Q в течение примерно 3—5 часов.

Ускоренный или «дельта-V» заряд

Заряд с начальным током заряда, пропорциональным величине условной номинальной ёмкости аккумулятора, при котором постоянно измеряется напряжение аккумулятора и заряд заканчивается после того, как аккумулятор полностью заряжен. Время заряда — примерно час-полтора. Возможен разогрев аккумулятора и даже его разрушение.

Реверсивный заряд

Выполняется чередованием длинных импульсов заряда с короткими импульсами разряда. Реверсивный метод наиболее полезен для заряда NiCd и NiMH аккумуляторов, для которых характерен т. н. «эффект памяти».

ru.wikipedia.org

На что влияет емкость аккумулятора

Современный человек в своем быту постоянно использует аккумуляторную технику. Это могут быть и различные гаджеты (смартфон или плеер, например), и электроинструмент (аккумуляторные шуруповерты, перфораторы, пилы и т.д.). Кроме того, аккумулятор есть и в автомобиле, который хоть и не отнесешь к аккумуляторной технике, но без батареи завести его не получится.

У каждого аккумулятора есть такой параметр, как емкость. В этой статье мы рассмотрим, на что влияет эта характеристика при работе той или иной техники.

Что означает емкость?

Итак, емкость можно по другому назвать вместительность. То есть, если говорить просто, то она означает, насколько много заряда может вместить в себя батарея. Измеряется эта характеристика в такой единице, как ампер-час (Ач). С одной стороны в этой единице содержится такая мера, как «ампер», обозначающая силу тока, а с другой стороны, здесь есть и единица «час», измеряющая время. То есть простыми словами количество ампер-часов показывает, нагрузку с какой силой тока нужно подсоединить к аккумулятору, чтобы посадить его полностью за час.

Но не все так просто. Аккумулятор — это такая штука, которая тем быстрее садится, чем больше нагрузку к нему подсоединить. К примеру, взять аккумулятор на 60 Ач. Если у нему подсоединить небольшую нагрузку в 3 А, то он сядет примерно за 20 часов. А вот, если нагрузка будет 60 А, то, к сожалению, час он проработать не сможет. Такая зависимость была выведена немецким ученым Пейкертом, в честь которого назван соответствующий коэффициент. Есть специальная формула по вычислению реальной емкости аккумулятора при том или ином значении подключенной силы тока. Здесь мы не будет вас ею нагружать, просто примите к сведению, что такая зависимость есть и все.

Ну и вам, наверное, уже стало понятно, что чем больше емкость, тем дольше может проработать прибор, подсоединенный к аккумулятору на одной его зарядке. Это прежде всего касается гаджетов и инструмента. С автомобилями нужно рассмотреть ситуацию с емкость несколько с другой стороны.

Емкость автомобильного аккумулятора

На автомобиле аккумулятор предназначен, прежде всего, для питания стартера, который раскручивает двигатель, позволяя ему завестись. Конечно, при выключенном моторе от батареи питаются и другие электроприборы автомобиля. Но основное назначение — это питание стартера.

Чтобы провернуть коленчатый вал двигателя, требуется стартер достаточной мощности, который по сути представляет собой обычный электродвигатель. Так вот, например, на автомобилях с двигателем объемом 1,3 — 1,6 л требуется около 1,5 кВт мощности. А это значит, что потребляемая сила тока составит около 120 А. На таких машинах устанавливают обычно батареи с емкостью 55-60 Ач. То есть такой емкости в идеале должно хватить на полчаса вращения стартера. Но выше мы отметили, что при большом токе время работы от одной зарядки сокращается. Плюс у нас еще бывает зимняя эксплуатация, когда холодный аккумулятор просто из-за низких температур теряет свою емкость. Также нужно отметить, что ток зарядки от генератора во время движения не очень высокий, поэтому хоть аккумулятор и несколько дозаряжается во время поездок, все равно с каждым пуском заряда в нем остается меньше.

Таким образом, производителями была высчитана оптимальная емкость батареи при том или ином объеме двигателя. Ее можно узнать из паспорта автомобиля или найти в Интернете конкретно для вашего авто. Если купить аккумулятор меньшей емкости, то придется довольно часто его заряжать. Покупка же более емкой батареи позволит иметь дополнительный запас заряда, что особенно полезно в зимнее время. Но не стоит увлекаться и брать значительно более емкие аккумуляторы. Чем больше емкость, тем меньше в батарее ее внутреннее сопротивление. А поскольку стартер рассчитан на работу с определенным диапазоном сопротивления, использование слишком емкого аккумулятора, сопротивление которого выходит за рамки этого диапазона, может привести к преждевременному выходу стартера из строя.

Заключение

Итак, если по простому, то емкость аккумулятора влияет на время беспрерывной работы подключенного к нему прибора от одной зарядки. Чем она больше — тем дольше работает прибор.

У автомобильных аккумуляторов емкость должна быть тем больше, чем больше объем двигателя машины. Можно приобретать более емкие батареи, чем указано производителем, но не стоит сильно этим увлекаться, так как параметр внутреннего сопротивления аккумулятора влияет на срок службы стартера.

 

Читайте также:

instrument-tehnika.ru

Понятие емкости аккумулятора.


Емкость аккумулятора и аккумуляторной батареи




Емкость аккумулятора определяется количеством электричества, которое отдает полностью заряженный аккумулятор при непрерывной его разрядке постоянной силой тока до конечного значения напряжения.
По ГОСТ 959-71 номинальная емкость (Сном) стартерных аккумуляторных батарей гарантируется при непрерывной их 20-часовой разрядке силой тока, равной 5 % емкости батареи до напряжения 1,75 В на отстающем аккумуляторе, при средней температуре электролита 25 ˚С и его начальной плотности 1,285 г/см3.

Наиболее энергоемким процессом (с точки зрения затрат электроэнергии) при эксплуатации автомобиля является пуск двигателя стартером. Очевидно, что для автомобилей с мощными двигателями для пуска двигателя требуется и бóльшая мощность стартера, а это, в свою очередь, требует больших затрат электроэнергии и более емкого аккумулятора (аккумуляторной батареи).

Оценка номинальной емкости аккумуляторной батареи (или аккумулятора) осуществляется по результатам его разрядки нормируемой силой тока до установленного конечного значения напряжения между выводами разной полярности. Чем дольше разряжается аккумулятор (или батарея), тем больше его емкость.

Проверка номинальной емкости аккумуляторной батареи (или отдельного аккумулятора) осуществляется при 10-часовом режиме разрядки силой тока, равной 10 % емкости батареи (аккумулятора) до конечного напряжения 1,7 В на отстающем аккумуляторе.

При эксплуатации аккумуляторных батарей разрядная емкость аккумуляторов зависит от следующих факторов: массы и пористости активной массы положительных и отрицательных пластин; силы разрядного тока; температуры электролита и его плотности; химической чистоты серной кислоты, воды и материалов, из которых изготовлены решетки и активная масса пластин; чистоты поверхности крышек аккумуляторной батареи; продолжительности работы пластин и т. д.

Увеличить емкость аккумулятора при одной и той же массе пластин можно путем увеличения числа пластин за счет уменьшения их толщины и увеличения пористости активной массы. При этом увеличивается площадь контакта пластин с электролитом (активная или рабочая поверхность пластин).

При увеличении силы разрядного тока, особенно при включении стартера, внутри пор активной массы положительных пластин образуется большое количество воды, снижается плотность электролита. Разница плотности электролита в порах положительных пластин и между пластинами негативно сказывается на состоянии аккумулятора – сернокислый свинец закупоривает поры активной массы, образуются кристаллы сернокислого свинца (процесс сульфатации пластин). Это нужно учитывать при пуске двигателя стартером, особенно в зимнее время.

Большое влияние на разрядную емкость оказывает температура электролита. Номинальная емкость гарантируется при температуре +25 ˚С.

С понижением температуры увеличивается вязкость электролита, что затрудняет его проникновение в поры активной массы пластин, а это приводит к снижению емкости аккумулятора. С повышением температуры электролита емкость батареи будет увеличиваться, однако при этом возможно коробление пластин, сползание активной массы, разрушение решеток положительных пластин.

В процессе эксплуатации аккумуляторной батареи ее емкость постоянно меняется. В начале срока службы она несколько повышается вследствие увеличения площади активной массы пластин, а затем снижается из-за выпадения активной массы или ее отслаивания от решеток пластин, процессов сульфатации, уплотнения пор и т. п.

***



Для определения емкости аккумуляторной батареи ее сначала полностью заряжают силой тока 5 % от паспортной емкости и доводят плотность электролита до 1,285 г/см3. Затем батарею разряжают силой тока 5 % емкости до тем пор, пока на одном из отстающих аккумуляторов напряжение не понизится до 1,75 В. Емкость аккумулятора определяется, как произведение разрядного тока на время разрядки.

***

Последовательное и параллельное соединение аккумуляторов

Емкость аккумуляторной батареи при последовательном соединении одинаковых по емкости аккумуляторов равна емкости одного аккумулятора, а ЭДС такой батареи равна сумме ЭДС аккумуляторов, входящих в нее.

При параллельном соединении аккумуляторов емкость батареи будет равна сумме емкостей всех аккумуляторов, а ЭДС будет равна сумме одного аккумулятора. Обычно параллельно соединяют аккумуляторные батареи с целью увеличения их емкости при пуске двигателя стартером, потребляющим ток большой силы.

***

Внутреннее сопротивление аккумуляторной батареи

От величины внутреннего сопротивления аккумуляторов (Rаб) зависит максимальная сила тока в цепи стартера при пуске двигателя.

Внутреннее сопротивление заряженной аккумуляторной батареи 3СТ-80 при плотности электролита 1,27 г/см3 и температуре +40 ˚С составляет 0,01 Ом, а при -20 ˚С увеличивается до 0,02 Ом.
Внутреннее сопротивление аккумулятора уменьшается с увеличением числа пластин и их размеров, уменьшением расстояния между пластинами, при увеличении пористости сепараторов, с увеличением плотности электролита, уменьшение кристаллов сернокислого свинца в активной массе пластин.

***

Циклы зарядки и разрядки аккумулятора



k-a-t.ru

Как правильно соединять аккумуляторы последовательно и параллельно

Коротко разберём распространённое мнение – «при последовательном соединении двух аккумуляторов (АКБ), их ёмкость не меняется, она остаётся такой же, как у одного аккумулятора, поэтому время автономной работы при таком соединении будет меньше».

Но как же закон сохранения энергии? Да, при последовательном соединении аккумуляторов, формально ёмкость считается как у одного аккумулятора, а напряжение удваивается (или утраивается, учетверяется и т.д., в зависимости от количества последовательно соединённых АКБ). При параллельном же соединении АКБ – ёмкость удваивается (утраивается и т.д.), а напряжение остаётся тем же.

Варианты соединения аккумуляторов

Противоречия здесь нет. Когда люди говорят об аккумуляторе (обычно об автомобильном), то сообщают его ёмкость, но не уточняют вольтаж. Просто все привыкли, что аккумуляторы имеют напряжение 12В, и подразумевается, что упоминать об этом глупо. Но в вообще-то, ёмкость без указания вольтажа не имеет физического смысла. Существуют аккумуляторы самой разной ёмкости и на разное напряжение – на 2В, и на 6В, и на 12В, и, редко, на 24В. Кроме того, любые одинаковые АКБ можно соединять последовательно, параллельно, или последовательно-параллельно одновременно.

Но стоит только указать после величины ёмкости её вольтаж, как всё встаёт на свои места. Ведь энергоёмкость в любом случае, как бы мы не соединяли аккумуляторы, останется прежней.

Итак, если, например, два АКБ по 200Ач 12В (например, Аккумулятор Delta GEL 12-200), соединить последовательно, то получится энергоёмкость 200Ач 24В. А если эти же два АКБ соединить параллельно, то получится – 400Ач 12В.
Проверим:
200Ач * 24В = 480Ач * В = 400Ач * 12В

Но для расчётов токов (обычно, номинальным током заряда считается ток 0,1С, где С –величина равная ёмкости аккумулятора), С берут именно по цифре слева, т.е. в нашем примере, при последовательном соединении С = 200, а при параллельном С = 400. Легко заметить, что и мощность зарядного устройства в обоих случаях будет одинаковой.

Для первого случая, зарядный ток будет 0,1*200 = 20А, но при напряжении 24В. Т.е. зарядная мощность, Р = 20А 24В = 480Вт

Для второго случая, зарядный ток будет 0,1*400 = 40А, но при напряжении 12В. Т.е. зарядная мощность, Р = 40А 12В = 480Вт

Если рассматривать одиночные аккумуляторы, то, например, один аккумулятор 600Ач 2В (см. раздел Аккумуляторные батареи FAAM) по своей энергоёмкости соответствует одному аккумулятору 100Ач 12В (например, Аккумулятор DELTA GEL 12-100).

Чтобы получить из этих аккумуляторов (600Ач 2В) большую аккумуляторную батарею, например, на 24В, нужно соединить последовательно 12 шт таких АКБ с помощью перемычек (Перемычка для аккумуляторов 250 мм). Общая итоговая ёмкость получится 600Ач 24В. Эта энергоёмкость, если сравнивать её с 12-и вольтовыми АКБ по 200Ач (а такие применяются в грузовиках), соответствует 6-и штукам (три соединённых параллельно цепочки аккумуляторов, где каждая цепочка состоит из двух, соединённых последовательно, аккумуляторов):

(600Ач*2В)*12 = 600Ач*24В = (200Ач*24В) + (200Ач 24В) + (200Ач 24В)

Обратите внимание – на всех рисунках специально показано, что если минус инвертора подключён к условно первому АКБ, то плюс – к последнему. Так его следует подключать, чтобы компенсировать сопротивление даже толстых медных проводов соединяющих аккумуляторы. Иначе, из-за их сопротивления, при огромных токах, «дальний» от выводов инвертора аккумулятор, окажется и не «дозаряжаем», и не «доразряжаем».

Итак, ёмкостью (читайте «энергоёмкостью») аккумулятора (объединённой группы аккумуляторов), называется количество электричества (т.е. мощности, равной току умноженного на НАПРЯЖЕНИЕ), которое аккумулятор отдает при разряде до наименьшего допустимого напряжения.

Чтобы аккумулятор служил долго, его нельзя разряжать более чем на 80%. Для 12-и вольтового АКБ, это соответствует напряжению на его клеммах примерно 11,5В. Но тут важно каким током относительно емкости АКБ мы его разряжаем.

Чем больше сила разрядного тока, тем ниже напряжение, до которого может разряжаться аккумулятор. Это потому что при быстром разряде большими токами относительно маленькой ёмкости аккумулятора электролит не успевает перемешиваться, и разряженный слой скапливается вокруг пластин. Напряжение АКБ падает и нагрузку снимают. Однако, спустя несколько десятков минут, электролит перемешивается и ёмкость (и, соответственно, напряжение аккумулятора) повышается.

Если же разряжать малым током относительно ёмкости, то можно вычерпать всю энергию, что плохо для долговечности АКБ. Всегда надо оставлять не менее 20% ёмкости. Подробнее об этом далее.

Отметим, что во время заряда, зарядное устройство постепенно повышает напряжение на АКБ, а затем, после снятия заряда, напряжение уменьшается, возвращаясь к спокойному состоянию (так, на 12-и вольтовом аккумуляторе, в зависимости от типа АКБ, оно обычно растёт до 14,1 – 14,5 В, а после снятия заряда, даже без нагрузки, в течении получаса возвращается к 12,5 – 12,8 В).

 

realsolar.ru

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.