Kako izračunati vijek trajanja baterije. izračun vijeka trajanja baterije (baterija). Kapacitet baterije i napon

Mnogi uređaji koji nas okružuju u svakodnevnom životu zahtijevaju redovitu zamjenu baterija. No, neke baterije traju dugo, dok druge “umru” gotovo odmah, pogotovo na hladnoći. Zašto? Nudimo vam da shvatite za koje vrste izvora napajanja su prikladne, jesu li to bežične slušalice, računalni miševi ili daljinski upravljači za TV, te kako uštedjeti pri njihovom odabiru.

Talijanski fizičar Alessandro Volta postao je autor prve baterije na svijetu. Otkrio je da kemijski procesi koji se događaju između elektroda izrađenih od različitih metala mogu postati izvor električne struje. Volta je dizajnirao element u kojem su se izmjenjivale ploče od cinka i bakra, a između njih su bili položeni komadi tkanine impregnirani klorovodična kiselina. Baterija je stavljena u vodljivu otopinu soli - elektrolit. Na izlazima je stvorena razlika potencijala, zbrajajući napon svih elemenata spojenih u stupcu, kao rezultat toga, nastala je električna struja.

Alessandro Volta je svoj izum predstavio Kraljevskom društvu u Londonu 1801. godine, nakon čega ga je Napoleon I. Bonaparte pozvao u Pariz kako bi mu fizičar osobno demonstrirao rad baterije. Za to je Volta dobio Orden Legije časti, titulu kralja električara i nagradu od 6 tisuća lira.

Prvu masovnu proizvodnju baterija pokrenula je američka tvrtka Eveready krajem 19. stoljeća. Tada su se proizvodili izvori napajanja za radio prijemnike, kasnije su se počeli koristiti u rudarskoj industriji, u automobilskoj industriji, u mornarici i u zrakoplovstvu. Dvadesetih godina prošlog stoljeća američko tržište baterija zarobio je Duracell, pa su dugo vremena "dominirale" mangan-cink galvanske ćelije s grafitnom elektrodom.

Zatim su došle nove tehnologije, a s njima i novi proizvođači. Danas su najpopularniji brendovi na ruskom tržištu GP, Energizer, Duracell, Varta, Cosmos. Izvori struje razlikuju se po snazi, što zauzvrat ovisi o punjenju. Ovisno o sastavu – katoda, anoda i elektrolit – baterije su klorovodične, alkalne, živine, litijeve i srebrne.

Pročitajte također:

Vrste po sastavu

Slane baterije došle su zamijeniti mangan-cink baterije u drugoj polovici 20. stoljeća. U fiziološkoj otopini se kao elektrolit koristi otopina amonijevog klorida, sadrži elektrode od cinka i mangan oksida. Slane baterije su najjeftinije od svih baterija na tržištu.

Međutim, većina proizvođača već je odustala od proizvodnje ovih galvanskih ćelija, te ih jedva možete pronaći u prodaji. Sigurno su mnogi primijetili u pretincu za baterije bijeli premaz ili nakupljanje zrna soli. Ispostavilo se da će ti izvori struje vjerojatnije od drugih smanjiti tlak, kao rezultat toga, elektrolit istječe, što utječe na vijek trajanja opreme. Osim toga, opasno je i za ljude - ako sol dospije na kožu ili sluznicu, postoji opasnost od opeklina.

Alkalna je također popularno poznata kao alkalna (od engleskog alkaline - “alkali”). Nešto su skuplji od slanih, međutim, njihove su prednosti višestruko veće: s kontinuiranim pražnjenjem mogu raditi mnogo dulje od slanih i s intenzivnijim opterećenjem. Baterije ove vrste koštaju u prosjeku oko 20 - 30 rubalja po bateriji.

Živa se, kao i klorovodična, gotovo nikad ne nalazi u prodaji, ukidaju se zbog toksičnosti žive. Također zahtijevaju posebne uvjete zbrinjavanja. Osim toga, tijekom cikličkog rada, galvanska ćelija se brzo degradira i njen kapacitet se smanjuje.

Litij baterije najdulje traju pri velikim opterećenjima. U takvoj bateriji katoda je izrađena od litija, odvojena je od anode pomoću separatora i dijafragme koja je impregnirana organskim elektrolitom. Istodobno, litijeve baterije su najlakše od svih postojećih, ali njihov jedini nedostatak u cijeni je cijena jednog paketa od dvije baterije, oko 150 rubalja.

Srebrne baterije su također među najskupljima, srebrni oksid služi kao osnova za katodu, a cink za anodu. Elektrolit je natrijev ili kalijev hidroksid. Imaju stabilan napon i visok kapacitet. “Sami po sebi, ove baterije su dobre: ​​dugo su pohranjene i polako se prazne. Ugradio sam ga i zaboravio promijeniti trenutne elemente na pet godina. Ali rijetko ih vidite u trgovinama zbog visoke cijene “, objasnio je Artyom Novikov, prodajni pomoćnik u trgovini Technocity.

"Za višekratnu upotrebu"

Iskusni korisnici radije kupuju punjive baterije umjesto jednokratnih, jer se mogu puniti više puta. Baterije se mogu razlikovati po natpisu Rechargeable, kao i po kapacitetu naznačenom na kućištu u miliamper satima (mAh). Za ponovno punjenje potreban vam je poseban uređaj koji se uključuje u utičnicu, a njegov trošak varira od 300 do 4 tisuće rubalja.

Na policama trgovina često možete pronaći nikal-kadmijeve i nikal-ionske baterije. “Punjive baterije su obećavajući smjer kako u znanosti tako i u proizvodnji. Punjivi izvori napajanja također su ekološki prihvatljivi zbog višekratne upotrebe. Tako će baterije uskoro zamijeniti jednokratne baterije. Znanstvenici neprestano rade na razvoju novih materijala. Na primjer, Novosibirski istraživački institut za kemiju čvrstog stanja radi na sintezi natrij-ionskih baterija, u budućnosti na razvoju izvora energije s magnezijevim ionima”, rekla je Nina Kosova, kandidatkinja kemijskih znanosti.

Vrste po veličini

Međutim, baterije za jednokratnu upotrebu prerano su za bacanje na smetlište povijesti. Prije svega, pristupačnost neće dopustiti njihovo odlaganje, pa je korisno razumjeti klasifikaciju baterija po veličini.

AAA - mala baterija, u narodu poznata kao baterija "mali prst". Visok oko 4,5 centimetra i promjer oko centimetar. Napon je 1,5 volti.

AA - još jedna minijaturna baterija, također se naziva i "prsta". Visina je 5,5 centimetara, promjer je oko 1,5 centimetara, a napon nije veći od 1,5 volti.

C - ove baterije se zovu "inčni" ili "esk" zbog visine - pet centimetara. Promjer je 2,6 centimetara, a napon 1,5 volti.

D je najveća baterija, zbog čega je i dobila neslužbeni nadimak "bačva". Napon je standardni, visina je 6,1 centimetra, promjer je 3,4 centimetra.

PP3 ili "kruna" je element s najviše visoki napon devet volti, visine 4,8 centimetara i promjera 2,6 centimetara. Ova baterija ima oba kontakta na istoj strani.

Područje primjene

Slane baterije imaju mali kapacitet - oko 0,8 ampera na sat. Prikladni su za uređaje s malom potrošnjom energije: daljinski upravljači, termometri, zidni satovi, kuhinjske ili podne vage. Ove baterije vrlo brzo gube napunjenost na niskim temperaturama.

Za alkalne, opseg je mnogo širi, a dizajnirani su za velika opterećenja. Kapacitet takve baterije je 1,5 - 3,2 ampera na sat. Alkalni elementi su primjenjivi na digitalni fotoaparati s bljeskalicom, svjetiljkama, dječjim igračkama, uredskim telefonima, računalnim miševima i tako dalje.

Litij baterije imaju duži vijek trajanja pa se ovi izvori napajanja koriste u uređajima koji imaju veliku potrošnju energije. To može biti računalna i fotografska oprema, medicinska oprema. Osim toga, takve se baterije ne boje mraza. I mogu se sigurno koristiti za neki ulični gadget.

Živine baterije bile su naširoko korištene prije 20 godina u uređajima kao što su elektronički satovi, srčani stimulatori, slušni aparati i vojni uređaji. Ali danas su, kao što je već spomenuto, napušteni zbog visokog rizika od trovanja.

Srebrne baterije nisu bile široko korištene zbog visoka cijena metal. Međutim, minijaturni izvori energije ove vrste naširoko se koriste u satovima, matičnim pločama prijenosnih računala i računala, slušnim pomagalima, glazbenim karticama, privjescima za ključeve. Krona baterije se uglavnom ubacuju u radio-upravljane igračke ili druge uređaje koji zahtijevaju veliku snagu.

Prilikom odabira baterije, također biste se trebali usredotočiti na datum proizvodnje. “Uvijek morate pogledati kada je baterija napravljena. Ako je godinu dana ležao na polici u trgovini, onda možete biti sigurni da je izgubio svoj kapacitet za 10-20%. Stoga nikada ne kupujte baterije za buduću upotrebu. Sol ima najkraći rok trajanja - oko dvije godine; do pet godina, alkalni se može skladištiti, a do sedam - litij", rekao je pomoćnik prodaje Artyom Novikov.

Svaka punjiva baterija - jednostavno baterija, ima svoj vijek trajanja, nažalost, ništa ne traje vječno! Međutim, konvencionalne kiselinske baterije mogu imati prilično velik "nalet" u smislu rada (ponekad dvaput) - ali koji je razlog tome? Zašto neke baterije mogu raditi gotovo 10 godina, dok druge jedva dosegnu 3 godine. Ispostavilo se da postoji razlika, štoviše, to posebno utječe na život naše baterije ...

Na početku članka želim napomenuti da ćemo danas rastaviti obične kisele baterije, ali AGM baterije su malo drugačije.

Na vijek trajanja baterije utječu mnogi različiti čimbenici. Pogotovo one vanjske, nabrojimo ih točku po točku:

• Temperaturni režim
• Baterija verzija
• Zdravlje sustava za punjenje automobila
• struja curenja
• gradsko jahanje
• Nosač baterije

Ovo su glavne točke koje mogu produžiti vijek trajanja vaše baterije i još mnogo toga! Međutim, za početak želim govoriti o kvaliteti baterija koje se trenutno proizvode.

Kvaliteta i vijek trajanja

Na samom početku želio bih reći o kvaliteti modernih baterija, sada neću ulaziti u džunglu s markama. Samo želim istaknuti:

• Sada postoje stvarno pristojne baterije, koji hodaju 5 - 7 godina , a moguće i više. Vrlo ih je jednostavno razlikovati, prvo, to je poznata marka, a drugo, jamstvo je od 2 do 4 godine. U pravilu se izrađuju tehnologijom bez nadzora, tako da se ruke znatiželjnih vlasnika ne "penju" tamo.
• Također nema baš dobrih baterija, njihov vijek trajanja je ograničen najboljem slučaju – tri godine ! Ali daju samo 6-12 mjeseci jamstvenog servisa za svoje proizvode.

Razlika između lošeg i dobrog proizvođača leži u samim tehnologijama proizvodnje baterija, negdje sam pročitao da ozbiljne tvrtke ne štede olovo za ploče, a koriste i kalcij, pa čak i srebro za smanjenje procesa elektrolize – tako da očito traju dovoljno dugo! Ali oni koji štede, tada će baterije raditi vrlo malo, jer je u pločama mala količina olova i nakon 2-3 godine počinje se raspadati. Dakle, u (savjetujem vam da pročitate članak), morate pogledati prvi slučaj za jamstvo i tehnologiju, već možete razumjeti sve.

Pa, sada ću pokušati brzo prijeći preko glavnih točaka koje sam gore naznačio.

Temperaturni režim

Treba napomenuti da mnogi vozači misle da na životni vijek utječe zimsko razdoblje, odnosno baterija « » gubi naboj i ne uspijeva. To je djelomično točno – glavni je problem hladna baterija, čak i nakon pokretanja, ne uzima normalno punjenje sve dok mu temperatura ne poraste na pozitivnu oznaku. Stoga, kratka putovanja mogu stvarno negativno utjecati na bateriju, ali u pravilu svi to činimo (što mislim da je ispravno), pa se punjenje normalno nakuplja.

I ovdje je ljetni način rada, sa svojim ekstremima visoke temperature, a ispod haube može biti sve + 60, + 70 stupnjeva Celzija. Kompromisi, ljeti vam ne treba puno energije za pokretanje motora, ali zimi vam treba barem 30% više! A budući da je kapacitet potonuo ljeti, moguće je da više nećete paliti motor!

Baterija verzija

O tome sam pisao u članku -. Zapravo, ako odaberete opciju s servisom, budite spremni pobrinuti se za to! Dodajte destiliranu vodu, provjerite gustoću elektrolita itd.! Ako “propustite” trenutak, baterija možda neće izdržati ni godinu dana! S tim u vezi, vijek trajanja baterije bez održavanja je mnogo duži, još uvijek se isplati kupiti.

Zdravlje sustava za punjenje automobila

Ovdje treba istaknuti dva glavna aspekta:

• Generator - izravno utječe na rad baterije. Ako radi u svom normalnom načinu rada, tada je termin nominalni. Ali ako počne otkazivati, ne dati ili ne dati punjenje, tada se baterija počinje više prazniti. Ovo je ispunjeno dubokim pražnjenjima i sulfatizacijom ploča, nekoliko tri duboka pražnjenja i izbacite bateriju.

• Relej regulatora je mali, ali vrlo važan mikrosklop, koji štedi bateriju od prekomjernog punjenja. Uostalom, generator ne zna mjeru! Kako punjenje ne bi prošlo i potreban je ovaj mali element, također produljuje vijek trajanja baterije ().

Ako svi sustavi rade ispravno, možete računati na nazivni vijek trajanja baterije, odnosno barem 5 - 7 godina! Ali ako nešto ne radi, to kritično smanjuje vijek trajanja.

struja curenja

Oprema trećih strana, poput radija ili alarma, ako nisu ispravno spojeni, može vam isprazniti bateriju, čini se da nije velika struja curenja, već par ili tri dana, pa čak i tjedan dana, i to je to - duboko pražnjenje! Stoga, ako primijetite da se nakon noćnog parkiranja starter ne okreće tako brzo, isplati se. Zatim ga bez greške eliminiramo, inače ćete za nekoliko mjeseci kupiti novu bateriju.

gradsko jahanje

Također je vrijedno napomenuti da baterije manje žive u gradovima! Ali zašto? DA, sve je jednostavno - ima puno kratkih putovanja u gradu, upalio si auto, baterija je dala energiju za pokretanje, a ti si odvezao samo nekoliko kilometara i nakon 10 minuta ušao si na dugo parkiralište! Tako je ispalo - mala "podnaplata"! Zatim su ponovno pokrenuli i onda ponovno stali. Takva nedovoljna punjenja isprazne bateriju, a napon može pasti na kritičnu razinu. Na primjer, zimi nećete moći pokrenuti automobil - ispraznite bateriju na nulu, a to je duboko pražnjenje i sulfatiranje.

Stoga, kako bi se produžio vijek trajanja, vrijedi barem jednom svakih nekoliko tjedana voziti automobil duže od 30 - 40 minuta! Iako ako dugo stojite u prometnim gužvama s uključenim motorom, onda je to sasvim dovoljno - uostalom, generator se vrti.

Nosač baterije

Mnogi to mogu smatrati nevažnom točkom i bit će u krivu! Budući da je nosač, po mom mišljenju, jedna od najvažnijih točaka - baterija može izletjeti sa svog mjesta tijekom oštrih zavoja i drugih manevara. A ako nije fiksiran, onda se terminal na tijelu može zatvoriti (recimo, plus na masu). Ili se terminal uopće može slomiti, ili slomiti mjesto pričvršćivanja u plastičnom kućištu, što također ne donosi ništa dobro! Ova baterija neće dugo trajati.

Zapamtite, baterija mora biti dobro pričvršćena (sjedi u utičnicu), po mogućnosti posebnim nosačima ili drugim stezaljkama.

• Nemojte koristiti ispražnjenu ili "mrtvu" bateriju.
• Zimi pokušajte napuniti bateriju, nakon zagrijavanja motora pustite da radi 5 do 10 minuta s isključenim električnim uređajima, na primjer, nakon putovanja.
• Ako imate mehaničara, olakšajte pokretanje motora pritiskom na papučicu spojke.
• Nemojte dugo okretati starter! Jer jednostavno nerealno troši puno energije. Maksimalno 4 - 5 sekundi, u jednom startu! Ako se auto ne upali 4 puta, nemojte ga dodatno forsirati.
• Tijekom zimskog razdoblja. Prije pokretanja, preporučljivo je upaliti prednja svjetla, to će pokrenuti kemijsku reakciju u bateriji i omogućiti joj da se brže zagrije. Prednja svjetla trebaju biti upaljena 20 - 30 sekundi, to je dovoljno.
• Povremeno pregledavajte kućište baterije, očistite terminale i kućište od naslaga.
• Povremeno punite bateriju. Čak i ako savršeno koristite svoj automobil, može ostati bez snage. Na primjer, idealan napon je 12,7 V, ali često se baterija na automobilu drži oko 12,2 - 12,4 V. Korisno ga je podići na 12,7V, recimo jednom mjesečno.

Usput, koristan video na temu.

Objavio autor - , - 29. siječnja 2014

Radi jednostavnosti napravili smo računske kalkulatore:

A sada predstavljamo algoritam izračuna:

1) Odredite ukupnu snagu opterećenja i konstantnu struju pražnjenja.

2) Izračunavamo potreban kapacitet baterije za zadanu autonomiju.

3) Odredite vrstu baterije

Primjer

dano: dvije LED trake snage 10W i rade od 12V. Potrebna autonomija: 10h. Vijek trajanja: jedna godina uz svakodnevnu upotrebu. Radni uvjeti: konstantna temperatura prostorije 20 stupnjeva.

Pronaći: minimalno dopušteni i optimalni akumulatori za rješavanje problema.

Riješenje

1) Ukupna snaga W=10W*2=20W. Konstantna struja pražnjenja: I=20/12=1,67A. Za točne izračune, poželjno je izmjeriti trenutnu potrošnju pomoću multimetra.

2) Da biste odredili potrebni kapacitet, prođite kroz točke:

ali) Kako bi se opterećenje zadržalo na takvoj struji pražnjenja, potrebno je odrediti minimalni izračunati kapacitet baterije: 1,67 * 10 = 16,7Ah.

b) Mora se imati na umu da proizvođači navode kapacitet baterija na temelju određenog vremena pražnjenja. Obično je to 10 sati. Ali neki proizvođači navode 20 sati. Ovdje će nam pomoći baterija, koju možete uzeti na našoj web stranici. Pogledajmo specifikaciju:

U našem slučaju, trajanje baterije je 10 sati, što znači da kapacitet možemo smatrati jednakim nominalnom. Međutim, ako zadatak košta 5 sati, tada morate uzeti u obzir činjenicu da će s takvim vremenom pražnjenja kapacitet baterije biti manji (struju pražnjenja množimo sa satima - 4,8A * 5h = 24Ah umjesto 28 ).

U zadatku vidimo da je planirani broj ciklusa koji imamo 365. Procijenjena maksimalna dubina pražnjenja u našem slučaju je oko 57%. Preporučljivo je uzeti ga s marginom, računat ćemo na 50% pražnjenja (stvarni uvjeti rada se razlikuju od idealnih laboratorijskih uvjeta).

Dakle, uvodimo amandman od 0,5: 16,7 / 0,8 \u003d 33,4Ah.

G) U slučaju da se radi o radnoj temperaturi različitoj od optimalne (25 stupnjeva), potrebno je unijeti korekcijski faktor, koji također možemo uzeti iz specifikacije:

Dakle pri temperaturi od 10 stupnjeva treba unijeti koeficijent 0,9, t.j. +10% više na izračunati kapacitet.

3) Ako su nam potrebni dugotrajni načini pražnjenja, trebamo obratiti pažnju na AGM seriju baterija od proizvođača popularnih na ruskom tržištu:

• Baterija Delta - serija
• U CSB-u -

Prije nego što opišemo kalkulator, pregledat ćemo terminologiju koja se odnosi na kemijske izvore struje. To je zbog nedosljednosti i nedosljednosti terminologije u ovom području.

Terminologija

Jedna baterija- elektrokemijski izvor struje, koji se sastoji od tijela s elektrodama i aktivne mase. Baterije se koriste za napajanje prijenosnih uređaja kao što su električne svjetiljke. Tipično, baterije imaju napon od 1-3 V, ovisno o vrsti kemijske reakcije u njima. Primjeri su baterije (kolokvijalno - baterije) tipova AAA, AA, C, D.

Baterija- skupina pojedinačnih galvanskih ćelija, baterijskih ćelija i drugih elektrokemijskih izvora energije povezanih serijski ili paralelno i smještenih u jednom kućištu, namijenjenih za napajanje različitih uređaja. Na primjer, automobilski akumulator napona 12 V i kapaciteta 45 Ah, koji se sastoji od šest baterijskih ćelija napona 2 V i kapaciteta 45 Ah.
Baterija- kolokvijalni naziv za pojedinačne galvanske ili punjive ćelije, obično male veličine, kao i baterije iz njih, na primjer, 9-voltna Krona baterija (šest serijski spojenih galvanskih ćelija), baterija za olovku (jedna galvanska ćelija).

Blok (također grupa ili banka) baterija ili ćelija- nekoliko serijski ili paralelno spojenih elektrokemijskih izvora energije u obliku baterija ili zasebnih elemenata koji nemaju zajedničko kućište i služe za hitno napajanje različite opreme. Primjer baterije je paket od dvije baterije od 12 V, 8 Ah u neprekidnom napajanju. Više o paralelnim i serijska veza baterije i baterije - na kraju ovog članka.

Formule i definicije

Jedna baterija (ćelija)

Formule u nastavku definiraju odnos između struje koju baterija isporučuje opterećenju, njenog kapaciteta i relativne brzine pražnjenja:

jašišmiš - struja u amperima, koju opterećenju daje jedna baterija,

C bat je nazivni kapacitet baterije u amper-satima (što znači umnožak ampera puta sati), koji je obično označen na bateriji, i

C brzina je relativna brzina pražnjenja baterije, definirana kao struja pražnjenja podijeljena s teoretskom strujom koju baterija može opskrbiti tijekom jednog sata i potpuno iscrpiti svoj kapacitet.

Radni sati t i relativna brzina pražnjenja baterije (C-stopa) obrnuto su proporcionalne:

Imajte na umu da ovo teorijsko vrijeme rada. Zbog raznih vanjskih čimbenika, stvarno vrijeme rada bit će približno 30% manje od izračunatog ovom formulom. Također treba napomenuti da dopuštena dubina pražnjenja baterije dodatno ograničava njezino vrijeme rada.

Nazivna energija pohranjena u bateriji u vat-satima izračunato po formuli

E bat je nazivna energija pohranjena u bateriji u vat-satima,

V bat - nazivni napon baterije u voltima

C bat - nazivni kapacitet baterije u amper-satima (Ah)

Energija u džulima(vat-sekunde, W-s) izračunava se po formuli

Poznato je da uz jakost struje od jednog ampera kroz poprečni presjek Provodnik prođe naboj od jednog privjeska u jednoj sekundi. posljedično, punjenje baterije određuje se iz izraza Q = I t uzimajući u obzir poznati kapacitet baterije u amper-satima, koji određuje struju koju baterija dovodi do opterećenja tijekom 3600 sekundi:

P bat - napunjenost baterije u kulonima (K) i

C bat je nazivni kapacitet baterije u amper-satima.

Pakovanje baterija

Nazivni napon baterija u voltima određena je formulom

V bat je nazivni napon baterije u voltima,

V banka - nazivni napon baterije u voltima

N s je broj baterija u jednoj od nekoliko skupina serijski povezanih baterija

Kapacitet baterija u amper-satima, C banke određuje se formulom

Nazivna energija u vat-satima E banka , pohranjena u bateriji, određena je formulom

E bat - nazivna energija jedne baterije,

N s je broj baterija u skupini baterija povezanih u seriju i

N p je broj grupa baterija povezanih u seriju spojenih paralelno

Energija u džulima izračunato po formuli:

Ovdje E banka, Wh - nazivna energija baterije u vat-satima.

Punjenje u kulonima pakovanje baterija P banka je definirana kao zbroj punjenja svih baterija u bloku:

Struja pražnjenja pakovanje baterija ja banka se izračunava po formuli:

Radni sati pakovanje baterija t banka se određuje po formuli:

Specifikacije baterije

Prilikom odabira baterije uzimaju se u obzir sljedeće karakteristike:

• Tip baterije (ćelije).
• Vrsta kemijske reakcije baterije (ćelije)
• napon
• Kapacitet
• Relativna brzina pražnjenja
• Dopuštena dubina pražnjenja
• Ovisnost kapaciteta o relativnoj brzini pražnjenja
• Specifična potrošnja energije (po jedinici težine)
• Energetski intenzitet (po jedinici volumena)
• Specifična snaga (po jedinici težine)
• Raspon radne temperature
• Dopuštena dubina pražnjenja
• Veličina i težina

U nastavku se raspravlja o nekim od ovih karakteristika.

Tip baterije

Postoje dvije glavne kategorije ćelija i baterija: primarne (jednokratne) i sekundarne (punjive baterije).

Primarni izvori struje

To su kemijski izvori struje bez pouzdane mogućnosti njihovog ponovnog punjenja. Nakon upotrebe takvi se izvori zbrinjavaju. Primjer primarnih izvora struje su mangan-cink s ugljičnom šipkom (sol) i alkalnim elementima.

Sekundarni izvori struje

Sekundarni izvori struje (stanice ili baterije) su baterije koje su predviđene za veliki broj punjenja (do 1000 puta). U njima se energija električne struje pretvara u kemijsku energiju, koja se akumulira i kasnije se može ponovno pretvoriti u električnu struju. Najpoznatija i najstarija vrsta baterija je olovna ili kisela. Druge uobičajene baterije su nikal-kadmijeve (NiCd), nikal-metal-hidridne (NiMH), litij-ionske (Li-Ion) i litij-polimerne (LiPo) baterije.

Specifični energetski intenzitet (po jedinici težine) i gustoća energije po jedinici volumena

Specifična energija po jedinici težine baterije mjeri se u jedinicama energije po jedinici mase. U SI se mjeri u džulima po kilogramu (J/kg). Za baterije se obično koriste vati po kg (W/kg). Gustoća energije po jedinici volumena je količina energije pohranjene u bateriji po jedinici volumena. Mjeri se u vat-satima po litri (Wh/l).

Nažalost, specifični energetski sadržaj baterija je relativno mali u usporedbi s energetskim sadržajem benzina. Istodobno, specifični energetski sadržaj novorazvijenih litij-ionskih baterija četiri je puta veći od olovnih baterija. Električna vozila s takvim baterijama već su dovoljno udobna za svakodnevnu upotrebu. Litij polimerske baterije imaju najveću gustoću energije i stoga se široko koriste u zrakoplovima s daljinski upravljač(dronovi).

Vrsta kemijske reakcije baterije

Alkalne baterije

Iako alkalne baterije postoje već više od 100 godina, one su najčešći tip jednokratnog prijenosnog izvora energije. Nazivni napon alkalne ćelije je 1,5V, a kapacitet AA alkalne ćelije doseže 1800-2600 mAh. Ako spojite nekoliko ovih ćelija u jedan paket, možete dobiti bateriju od 4,5 V (iz tri ćelije), 6 V (iz četiri ćelije) i 9 V (iz šest ćelija). Baterije od 9 V (tipa Krona - prema nazivu ugljično-cink baterija proizvedenih u SSSR-u), razvijene za prve tranzistorske radio stanice, sada se koriste za prijenosne radio uređaje, detektore dima i daljinske upravljače za modele. Kapacitet im je vrlo mali, tek oko 500 mAh. Specifični energetski intenzitet alkalnih elemenata je 110–160 Wh/kg.

Mangan-cink baterije

Mangan-cink (također ugljik-cink ili sol) primarne baterije izumljene su 1886. godine i još uvijek se koriste danas. Nominalni napon takvog elementa je 1,5 V, kapacitet elementa tipa AA je 400-1700 mAh. Mangan-cink ćelije i baterije dostupne su u istim veličinama kao i alkalne. Njihov specifični energetski kapacitet je 33–42 Wh/kg, što je otprilike tri puta manje od energetskog kapaciteta alkalnih baterija. Zbog niske potrošnje energije koriste se samo tamo gdje nije potrebno opskrbiti opterećenje velikom strujom ili ako se uređaji ne koriste često, na primjer, u upravljačkim pločama ili satovima.

Kiselinske baterije

Kiselinske (ili olovne) baterije su jeftine, dostupne i široko se koriste u automobilima, drugoj opremi, besprekidnim izvorima napajanja i drugoj opremi. Napon na kiselinskoj ćeliji je 2 V. Baterija obično ima 3, 6 ili 12 ćelija, što vam omogućuje da dobijete 6,12 i 24 V, respektivno. Olovne baterije su prikladne u slučajevima kada njihova velika težina nije bitna. Specifična potrošnja energije olovnih baterija je 33–42 Wh/kg.

Nikl-kadmijeve baterije

Nikl-kadmijeve (NiCd) baterije (sekundarne) izumljene su prije više od 100 godina i tek u kasnim 90-ima. prošlog stoljeća počele su se naširoko koristiti nikl-metal hidridne i litij-ionske baterije. Napon nikal-kadmij ćelije je 1,2 V, specifična potrošnja energije je 40-60 Wh/kg.

Nikl-metal hidridne baterije

Nikl-metal hidridne baterije (sekundarne) izumljene su relativno nedavno - 1967. Njihov volumetrijski energetski kapacitet je mnogo veći, puno veći od nikal-kadmij baterija, i približava se energetskom kapacitetu litij-ionskih baterija. Nazivni napon elementa je 1,2 V, specifična potrošnja energije je 60-120 Wh/kg. Gustoća snage 250-1000 W/kg NiMH baterija također je mnogo veća od one od 150 W/kg NiMH baterija.

Litij polimerske baterije

Litij-ionske polimerne (ili litij-polimerne, LiPo) baterije koriste polimerni elektrolit nalik želeu. Zbog visokog specifičnog energetskog sadržaja od 100-265 Wh/kg, koriste se u aplikacijama gdje je mala težina glavna stvar. To uključuje mobilne telefone, letjelice na daljinsko upravljanje (dronovi) i tablet računala. Zbog svoje velike gustoće energije, LiPo baterije su osjetljive na pregrijavanje i prekomjerno punjenje. toplinski bijeg, što može uzrokovati curenje elektrolita, eksploziju i požar. Također, imajte na umu da se ove baterije šire kada su pohranjene u potpuno napunjenom stanju, što može uzrokovati pukotine u slučaju uređaja u koji su ugrađene.

Litij-željezo-fosfatne baterije

Litij-željezo-fosfatne baterije (sekundarni izvori napajanja, LiFePO₄) su litij-ionske baterije koje koriste litij-željezo-fosfat LiFePO₄ kao katodu i grafitnu elektrodu s metalnom mrežom kao anodu. To je relativno nova tehnologija, razvijen početkom 2000-ih, ima niz prednosti i nedostataka u odnosu na tradicionalne litij-ionske baterije. Napon ćelije je 3,2 V, a budući da je vrlo visok u usporedbi s drugim vrstama kemija litij-ionske tehnologije, potrebne su samo četiri ćelije da bi se postigao nazivni napon od 12,8 V. Tijekom procesa pražnjenja, napon na ovim baterijama je vrlo stabilan, što vam omogućuje da dobijete gotovo punu snagu iz baterije tijekom njenog pražnjenja. LiFePO₄ baterije imaju specifični energetski sadržaj od 90-110 Wh/kg. Litij-željezo-fosfatne baterije koriste se u električnim biciklima, električnim vozilima, svjetiljkama na solarni paneli, u elektronske cigarete i lampioni. 14500 litij-željezo-fosfatna baterija ima iste geometrijske dimenzije kao i AA baterija. Međutim, njegov napon je 3,2 V.

Napon baterije

Napon baterije određen je vrstom kemijskog procesa koji se koristi u ćelijama, kao i brojem serijski spojenih ćelija. Donja tablica prikazuje napone različitih primarnih i sekundarnih elemenata.

Ako je baterija galvanskih ćelija sastavljena od više ćelija povezanih u seriju, njen napon može biti 4,5 V, 12 V, 24 V, 48 V itd.

Kapacitet baterije

Kapacitet baterije je količina električne energije (punjenja) koju baterija može upotrijebiti za stvaranje električne struje u opterećenju pri nazivnom naponu. Imajte na umu da se kapacitet baterije i električni kapacitet razlikuju fizičke veličine. Kapacitet baterija može se mjeriti u jedinicama električnog naboja – kulonima (C), a kapacitet kondenzatora u jedinicama električnog kapaciteta – faradima (1 F = 1 C/V). Međutim, u praksi je prikladnije mjeriti kapacitet baterije u amper-satima (Ah ili Ah) ili miliamper-satima (mAh ili mAh, 1 mAh = 1000 Ah). Ova jedinica ne uzima u obzir napon na bateriji ili ćeliji, ali je prikladno s obzirom da ćelije s istom vrstom kemijske reakcije uvijek imaju isti napon. Nazivni kapacitet baterije često se izražava kao 20 sati pomnoženo s količinom struje koju svježe napunjena baterija može isporučiti opterećenju tijekom 20 sati na sobnoj temperaturi. Stvarni (ne nazivni) kapacitet bilo koje baterije ovisi o opterećenju, odnosno o struji koju baterija daje opterećenju, ili o relativnoj brzini njezina pražnjenja. Što je veća brzina pražnjenja, manji je stvarni kapacitet baterije.

Kapacitet baterije se također može mjeriti u jedinicama energije koje se nazivaju vat-sati (Wh ili Wh). Brojilo u vašem stanu mjeri potrošenu električnu energiju u kilovat-satima (kWh), odnosno u gotovo istim jedinicama, samo tisuću puta većim. 1 kWh = 1000 Wh. Da biste dobili kapacitet baterije u jedinicama energije, trebate kapacitet u amper-satima pomnožiti s nazivnim naponom. Na primjer, baterija od 12V 8Ah, koja se često koristi u malim izvorima neprekidnog napajanja, može pohraniti 12 x 8 = 96 Wh energije.

Tablica u nastavku prikazuje nazivni kapacitet 1,5 V galvanskih baterija i 1,2 V AA baterija:

Relativna brzina pražnjenja baterije

Relativna brzina pražnjenja baterije (engleski C-rate, C-rating) definira se kao struja pražnjenja podijeljena s teoretskom strujom pri kojoj će se nazivni kapacitet baterije potpuno potrošiti unutar jednog sata. Ovo je bezdimenzionalna količina, označena slovom C (od engleskog charge - naboj). Na primjer, baterija s nominalnim kapacitetom Cšišmiš \u003d 8 Ah, kada se isprazni brzinom od 2C, iskoristit će svoj nazivni kapacitet za stvaranje struje u opterećenju jašišmiš =16 A tijekom 0,5 sata. Pražnjenje od 1C za istu bateriju znači da će ona iskoristiti svoj nazivni kapacitet za stvaranje struje u opterećenju jašišmiš = 8 A za jedan sat. Imajte na umu da je relativna brzina pražnjenja bezdimenzionalna veličina, unatoč činjenici da Cšišmiš izražava se u amper-satima, i jašišmiš je u amperima. Također imajte na umu da će baterija dati manje energije opterećenju pri bržem pražnjenju.

Dubina pražnjenja baterije

Ukupna energija pohranjena u bateriji često se ne može u potpunosti iskoristiti bez oštećenja baterije. Dopuštena dubina pražnjenja baterije (DOD - dubina pražnjenja) ponekad je naznačena u Tehničke specifikacije i određuje postotak snage koji se može izvući iz baterije. Na primjer, olovne baterije dizajnirane za pokretanje motora automobila nisu dizajnirane da se duboko isprazne visokom startnom strujom, što ih može lako oštetiti. Tanke ploče ugrađene u takve baterije, koje omogućuju veliku površinu elektroda i, posljedično, maksimalnu struju, mogu se lako oštetiti dubokim pražnjenjem, osobito ako se takvo pražnjenje s velikom strujom pokretača često ponavlja. Neke baterije su prema specifikaciji ispražnjene samo 30%. To znači da se samo 30% njihovog kapaciteta može koristiti za napajanje tereta.

Istodobno se proizvode olovno-kiselinske baterije s debljim pločama koje su predviđene za redovito punjenje-pražnjenje. Takve se baterije koriste u solarnim panelima i električnim vozilima.

Serijsko i paralelno povezivanje energetskih ćelija i baterija u paketima baterija

Baterije se koriste kada je potrebno spojiti više baterija za istu svrhu. Kao rezultat spajanja baterija u blok, moguće je povećati napon, struju koja se isporučuje na opterećenje ili oboje. Za spajanje baterija na blok koriste se tri načina povezivanja:

• Paralelno
• Sekvencijalno
• Serijski i paralelni

Postoji nekoliko važnih stvari koje morate imati na umu kada kombinirate baterije u paket. U paketu baterija ne biste trebali koristiti samo baterije istog kapaciteta i tipa, već baterije istog proizvođača i iste serije. Naravno, baterije se ne mogu spojiti zajedno različiti tipovi kemijska reakcija. Razne baterije povezani zajedno će djelovati neko vrijeme, ali im se život drastično smanjuje. Ako su kapaciteti baterija različiti, jedna baterija će se istrošiti brže od druge, što opet skraćuje njihov vijek trajanja.

Na serijski spoj baterija u bloku ukupni napon je zbroj napona pojedinih baterija, a kapacitet amper sata ostaje jednak kapacitetu jedne baterije. Na primjer, možete serijski spojiti dvije baterije napona od 12 V i kapaciteta 10 Ah. U ovom slučaju, ukupni kapacitet će biti jednak istih 10 Ah, međutim, napon će se udvostručiti i postati jednak 24 V. Kada je spojen u nizu, kratka debela kratkospojna žica povezuje negativni terminal prve baterije s pozitivnim terminal druge baterije, negativni terminal druge baterije na pozitivni terminal treće baterije i tako dalje. Zatim su krajnji terminali bloka (jedan je pozitivan, drugi negativan) spojeni na opterećenje.

Na paralelna veza baterije po pakiranju, njihov napon ostaje jednak naponu jedne baterije, a povećava se kapacitet i maksimalna struja u opterećenju. Za paralelno spajanje baterija koristite debele kratkospojnike za spajanje svih pozitivnih terminala, kao i svih negativnih terminala - pozitivnih na pozitivni, negativnih na negativni. Kako biste uravnotežili opterećenje, spojite pozitivni vod opterećenja na vod baterije na jednom kraju, a negativni vod opterećenja na kabel baterije na drugom kraju. Na primjer, na ovaj način mogu se paralelno spojiti dvije 12-voltne baterije kapaciteta 10 Ah. Rezultirajuća baterija će imati ukupni kapacitet od 20 Ah na 12 V.

Ako trebate povećati i kapacitet i napon odjednom, možete koristiti paralelno-serijska veza. Na primjer, ako imate šest identičnih baterija od 10Ah, 12V, možete spojiti dvije grupe od tri baterije u seriju, a zatim povezati dvije skupine paralelno. Nova baterija će imati kapacitet od 20 Ah na 36 V.

Koji vrijeme pražnjenja baterije- ovo zanima mnoge vlasnike automobila. Pogotovo ako se ujutro pokazalo da je zaboravio ugasiti svjetlo, a pri pokušaju pokretanja motora ispostavilo se da je baterija potpuno zasađena. Tada se postavlja pitanje: "da li je unutarnja ili bočna žarulja mogla upaliti bateriju ili je to neka vrsta?". Gledajući unaprijed, odgovor je nedvosmislen – naravno da bi moglo, pogotovo ako je zima i baterija nije bila 100% napunjena.

Da ne bi počelo doslovno za jedan dan, dovoljno je samo curenje struje od 100 i više miliampera, a da ne govorimo o izvoru potrošnje od 400-700 mA. To možete provjeriti izračunavanjem nominalnog vremena pražnjenja akumulatora automobila. Formula za izračun izgleda ovako:

T=Kapacitet (baterije) / Struja potrošača

Naš online kalkulator će vam omogućiti da izračunate koliko dugo će baterija trajati s uključenim trenutnim izvorom, kada ste ga slučajno zaboravili ili namjerno ostavili da radi. Izračun će se izvršiti uzimajući u obzir nazivni kapacitet baterije, snagu potrošača i prirodno curenje struje u mirovanju.

Pri maloj potrošnji struje, kapacitet baterije može osigurati dulje vrijeme rada. Naravno, što je veći kapacitet baterije, to je dulje vrijeme rada, ali tada će biti potrebno dulje punjenje generatora. Dakle, putovanje na kratku udaljenost neće mu omogućiti da se brzo oporavi. U zimsko vrijeme ovo može dovesti do .

Vrijeme pražnjenja baterije

Kako izračunati vrijeme pražnjenja baterije može se razumjeti ispitivanjem konkretnog primjera. Pretpostavimo da je potrošač snage 120 vata uključen u mrežu automobila. Prema Ohmovom zakonu može se izračunati da iz baterije isiše 10A na sat. Odnosno, ako se u automobilu nalazi baterija od 55 Ah, tada će se njezino potpuno pražnjenje doći za najviše 5,5 sati. No, ovo je samo približan izračun, jer postoje i drugi čimbenici koji će utjecati na trenutnu potrošnju. Imajte na umu da je da se automobil ne bi pokrenuo dovoljno 15-25% salda, a to je 4 sata.

Tablica vremena pražnjenja baterije pri minimalnoj potrošnji:

Postotak pražnjenja (%)	10	20	30	40	50	60	70	80	90	100
Vrijeme pražnjenja (h)*	7	14	20	26	32	39	45	52	58	64

* Za izračun su uzete minimalne vrijednosti curenja struje od 20 mA i snaga automobilske svjetiljke od 10W iz baterije kapaciteta 55Ah.

Ti podaci o 20 sati trajanja baterije koji su naznačeni na njegovoj naljepnici temelje se na struji koja je jednaka 0,05 njenog kapaciteta.

Dopušteno pražnjenje baterije

Dopušteno pražnjenje akumulatora automobila do 30% njegovog izvornog kapaciteta (napon ne manji od 11,8V). Imajte na umu da na ovoj razini možete pokrenuti motor samo na pozitivnim temperaturama. Zimi nemojte dopustiti ni 50% postotka pražnjenja (12,1V).

Kako koristiti kalkulator vremena pražnjenja

Koristeći elementarnu formulu, možete izračunati koliko dugo će baterija trajati na običnom kalkulatoru, ali morate znati točnu vrijednost potrošnje energije, kao i dodati joj curenje. Stoga, puno brže možete saznati vrijeme pražnjenja baterije ovisno o struji opterećenja označavanjem potrebnih potrošača. Za izračun trebate:

1. U polje "Kapacitet baterije" unesite ocjenu baterije.
2. U ćeliji "" možete odrediti i prosjek - 25-35 mA i provjerom multimetrom. Brojati dopuštena vrijednost, molimo koristite . Što će, ovisno o tome koje potrošače imate, pokazati pretpostavljenu normalnu vrijednost curenja u mirovanju.
3. Označite potvrdnim okvirima (odaberite s popisa) potrebne potrošače, čije je uključivanje izazvalo pražnjenje (ili postoji potreba za izračunavanjem vremena rada baterije). Snaga svjetiljki je dizajnirana za standardnu ​​ocjenu.
4. U polju "Potrošačka snaga" brojka će se mijenjati ovisno o odabranim izvorima. Ili možete unijeti samopoznati broj u vatima ili jačini struje - amperima.
5. Pritiskom na tipku " Izračunati» dobit ćete vremenski rezultat u satima.

Ovaj izračun vremena pražnjenja baterije je približan, budući da kemijski i električni procesi u bateriji nisu u potpunosti podložni rigoroznoj matematičkoj analizi.

Za referencu, koju snagu ima određeni potrošač, možete uzeti podatke iz tablice.

Tablica trenutnih potrošača u automobilu

Potrošač	Snaga, W)	Potrebna struja (A)
Prednje dimenzije	5x2	1-2
duga/kratka svjetla	55x2	7-10
PTF	55x2	7-10
Stražnje svjetlo za maglu	21x2	2–3,5
parkirna svjetla	5x2	1-2
Stražnje dimenzije	5x2	1-2
Osvjetljenje registarske tablice	2	0,17
Signal za zaustavljanje	5x2	1-2
Audio sustav	5-25	0,5-2
Brisači vjetrobrana	60	5
Stakleno grijanje	120	5-10
Grijana sjedala	85-160	7-14
ventilator peći	80-200	6-16
Grijač	60-120	5-10
Sustav za paljenje	20	2-4
Upravljanje motorom (ECU)	10	1-2