Cara menghitung masa pakai baterai. perhitungan waktu operasi dari akumulator (baterai akumulator). Kapasitas dan tegangan baterai

Banyak perangkat yang mengelilingi kita dalam kehidupan sehari-hari membutuhkan penggantian baterai secara teratur. Tetapi beberapa baterai bertahan lama, sementara yang lain "mati" segera, terutama dalam cuaca dingin. Mengapa? Kami mengusulkan untuk mencari tahu - untuk apa ini atau jenis sumber daya yang cocok, baik itu headphone nirkabel, mouse komputer, atau remote TV, dan bagaimana cara menghemat uang saat memilihnya.

Penulis baterai pertama di dunia adalah fisikawan Italia Alessandro Volta. Ia menemukan bahwa proses kimia antara elektroda dari logam yang berbeda dapat menjadi sumber arus listrik. Volta merancang sebuah elemen di mana pelat seng dan tembaga bergantian, dan di antara mereka diletakkan potongan kain yang dibasahi asam hidroklorik... Baterai ditempatkan dalam larutan garam konduktif - elektrolit. Pada output, perbedaan potensial dibuat, menjumlahkan tegangan semua elemen yang terhubung ke kolom, sebagai akibatnya, arus listrik muncul.

Alessandro Volta mempresentasikan penemuannya ke Royal Society of London pada tahun 1801, setelah itu ia diundang ke Paris oleh Napoleon I Bonaparte, sehingga fisikawan itu secara pribadi menunjukkan kepadanya karya baterai. Untuk ini Volta dianugerahi Ordo Legiun Kehormatan, gelar Raja Ahli Listrik dan hadiah 6 ribu lira.

Produksi massal pertama baterai didirikan oleh perusahaan Amerika Eveready pada akhir abad ke-19. Pada saat itu, catu daya untuk penerima radio diproduksi, dan kemudian mulai digunakan di industri pertambangan, di industri otomotif, di angkatan laut dan di penerbangan. Pada 1920-an, pasar baterai Amerika diambil alih oleh Duracell, dan untuk waktu yang lama, sel seng-mangan dengan elektroda grafit mendominasi.

Kemudian teknologi baru datang, dan dengan mereka produsen baru. Saat ini merek paling populer di pasar Rusia adalah GP, Energizer, Duracell, Varta, Cosmos. Sumber arus berbeda dalam daya, yang, pada gilirannya, tergantung pada pengisian. Tergantung pada komposisi - katoda, anoda dan elektrolit - baterai adalah garam, alkali, merkuri, lithium dan perak.

Baca juga:

Jenis berdasarkan komposisi

Baterai garam datang untuk menggantikan mangan-seng pada paruh kedua abad ke-20. Dalam larutan garam, larutan amonium klorida digunakan sebagai elektrolit; elektroda yang terbuat dari seng dan mangan oksida ditempatkan di dalamnya. Baterai garam adalah yang paling murah dari semua baterai yang ada di pasaran.

Namun, sebagian besar produsen telah meninggalkan produksi sel galvanik ini, dan Anda hampir tidak akan menemukannya untuk dijual. Tentunya, banyak yang memperhatikan di kompartemen baterai bunga putih atau akumulasi butiran garam. Ternyata sumber arus ini lebih cenderung tertekan daripada yang lain, akibatnya elektrolit mengalir keluar, yang memengaruhi masa pakai peralatan. Selain itu, berbahaya bagi manusia - jika garam mengenai kulit atau selaput lendir, ada risiko terbakar.

Alkaline juga dikenal sebagai alkaline (dari bahasa Inggris alkaline - "alkali"). Mereka sedikit lebih mahal daripada yang asin, namun, manfaatnya berkali-kali lebih besar: dengan pelepasan terus menerus, mereka dapat bekerja lebih lama daripada yang asin, dan dengan beban yang lebih intens. Baterai jenis ini harganya rata-rata sekitar 20-30 rubel per baterai.

Merkuri, seperti garam, praktis tidak ditemukan untuk dijual, mereka dikeluarkan dari produksi karena toksisitas merkuri. Mereka juga membutuhkan kondisi pembuangan khusus. Selain itu, selama operasi siklik, sel galvanik dengan cepat terdegradasi dan kapasitasnya berkurang.

Baterai lithium bertahan paling lama pada beban tinggi. Dalam baterai seperti itu, katoda terbuat dari lithium, dipisahkan dari anoda oleh pemisah dan diafragma, yang diresapi dengan elektrolit organik. Pada saat yang sama, lithium adalah yang paling ringan dari semua yang ada, tetapi satu-satunya kelemahan mereka dalam harga adalah biaya satu bungkus dua baterai sekitar 150 rubel.

Baterai perak juga termasuk yang paling mahal, dengan oksida perak sebagai dasar katoda dan seng untuk anoda. Elektrolitnya adalah natrium atau kalium hidroksida. Mereka memiliki tegangan stabil dan kapasitansi tinggi. “Dengan sendirinya, baterai ini bagus: mereka memiliki umur simpan yang lama dan perlahan habis. Saya memakainya dan lupa tentang mengubah elemen saat ini selama lima tahun. Tetapi Anda jarang menemukannya di toko karena harganya yang mahal, ”jelas Artyom Novikov, asisten penjualan di TechnoCity.

"Dapat digunakan kembali"

Pengguna berpengalaman lebih memilih untuk membeli baterai isi ulang daripada baterai sekali pakai, karena dapat diisi ulang berkali-kali. Anda dapat membedakan baterai dengan tulisan Isi Ulang, serta kapasitas dalam miliampere-jam (mAh) yang ditunjukkan pada kasing. Untuk mengisi ulang, Anda memerlukan perangkat khusus yang dicolokkan ke stopkontak, biayanya bervariasi dari 300 hingga 4 ribu rubel.

Baterai nikel-kadmium dan nikel-ion lebih sering ditemukan di rak-rak toko. “Baterai isi ulang adalah tren yang menjanjikan baik dalam sains maupun produksi. Catu daya yang dapat diisi ulang juga ramah lingkungan karena dapat digunakan kembali. Jadi, baterai akan segera diganti dengan baterai sekali pakai. Para ilmuwan terus bekerja pada pengembangan bahan baru. Misalnya, Novosibirsk Research Institute of Solid State Chemistry sedang mengerjakan sintesis baterai natrium-ion, dan di masa depan, pengembangan sumber arus magnesium-ion, ”kata Nina Kosova, PhD di bidang Kimia.

Jenis berdasarkan ukuran

Namun, terlalu dini untuk mengirim baterai sekali pakai ke tong sampah sejarah. Pertama-tama, keterjangkauan tidak akan memungkinkan mereka untuk dibuang, jadi penting untuk memahami klasifikasi baterai berdasarkan ukuran.

AAA adalah baterai kecil, yang juga dikenal sebagai "jari kecil". Tingginya sekitar 4,5 sentimeter dan diameternya sekitar satu sentimeter. Tegangannya 1,5 volt.

AA adalah baterai mini lainnya, juga disebut "jari". Tingginya 5,5 sentimeter, diameternya sekitar 1,5 sentimeter, dan tegangannya tidak lebih dari 1,5 volt.

C - baterai ini disebut "inci" atau "escas" karena tingginya - lima sentimeter. Diameternya 2,6 sentimeter dan tegangannya 1,5 volt.

D adalah baterai terbesar, sehingga secara informal dijuluki "barel". Ketegangannya standar, tingginya 6,1 sentimeter, diameternya 3,4 sentimeter.

PP3, atau "mahkota", adalah elemen yang paling banyak tegangan tinggi pada sembilan volt, tinggi 4,8 sentimeter dan diameter 2,6 sentimeter. Baterai ini memiliki kedua kontak di sisi yang sama.

Area aplikasi

Baterai garam memiliki kapasitas kecil - sekitar 0,8 ampere per jam. Mereka cocok untuk perangkat dengan konsumsi daya rendah: remote control, termometer, jam dinding, timbangan dapur atau kamar mandi. Baterai ini kehilangan muatannya dengan sangat cepat pada suhu rendah.

Alkaline memiliki jangkauan aplikasi yang jauh lebih luas, dan dirancang untuk beban tinggi. Kapasitas baterai seperti itu adalah 1,5 - 3,2 ampere per jam. Elemen alkali berlaku untuk kamera digital dengan flash, senter, mainan anak, telepon kantor, mouse komputer dan sebagainya.

Baterai lithium memiliki masa pakai yang lebih lama, itulah sebabnya catu daya seperti itu digunakan pada perangkat yang memiliki konsumsi daya tinggi. Ini bisa berupa peralatan komputer dan fotografi, peralatan medis. Selain itu, baterai ini tahan beku. Dan mereka dapat digunakan dengan aman untuk gadget jalanan apa pun.

Baterai merkuri banyak digunakan 20 tahun yang lalu di perangkat seperti jam elektronik, alat pacu jantung, alat bantu dengar, dan peralatan militer. Tetapi hari ini, seperti yang disebutkan di atas, mereka ditinggalkan karena risiko tinggi keracunan.

Baterai perak tidak banyak digunakan karena harga tinggi logam. Namun, catu daya mini jenis ini banyak digunakan pada jam tangan, motherboard laptop dan komputer, alat bantu dengar, kartu musik, gantungan kunci. Baterai mahkota umumnya digunakan pada mainan yang dikendalikan radio atau perangkat lain yang membutuhkan banyak daya.

Saat memilih baterai, Anda juga harus dipandu oleh tanggal produksi. “Anda harus selalu memperhatikan saat baterai diproduksi. Jika telah tergeletak di rak di toko selama setahun, maka Anda dapat yakin bahwa itu telah kehilangan kapasitasnya sebesar 10-20%. Oleh karena itu, jangan pernah membeli baterai untuk digunakan di masa mendatang. Umur simpan terpendek untuk garam adalah sekitar dua tahun; Alkaline dapat disimpan hingga lima tahun, dan lithium hingga tujuh tahun, ”kata konsultan penjualan Artyom Novikov.

Baterai isi ulang apa pun - hanya baterai, memiliki masa pakai sendiri, sayangnya, tidak ada yang abadi! Namun, baterai asam konvensional dapat memiliki "run-up" yang cukup besar dalam masa pakai (kadang-kadang dua kali) - tetapi apa hubungannya? Mengapa beberapa baterai dapat bekerja selama hampir 10 tahun, sementara yang lain hampir tidak bertahan hingga 3 tahun. Ternyata ada perbedaannya, apalagi ini secara khusus mempengaruhi umur baterai kita...

Di awal artikel, saya ingin mencatat bahwa hari ini kita akan membongkar baterai asam biasa, namun baterai AGM sedikit berbeda.

Banyak faktor berbeda yang memengaruhi masa pakai baterai. Terutama yang eksternal, mari kita daftar poin demi poin:

• Rezim suhu
• Versi baterai
• Kemudahan servis sistem pengisian mobil
• Kebocoran arus
• Mengemudi kota
• Tempat baterai

Ini adalah poin utama yang dapat memperpanjang umur baterai Anda, dan banyak lagi! Namun, untuk memulainya, saya ingin memberi tahu Anda tentang kualitas baterai yang diproduksi saat ini.

Kualitas dan kehidupan pelayanan

Pada awalnya, saya ingin mengatakan tentang kualitas baterai modern, sekarang saya tidak akan pergi ke hutan dengan merek. Hanya ingin menunjukkan:

• Ada baterai yang benar-benar layak sekarang, yang berjalan selama 5 - 7 tahun , dan mungkin lebih. Cukup mudah untuk membedakannya, pertama, itu adalah merek terkenal, dan kedua, itu adalah jaminan 2 - 4 tahun. Sebagai aturan, mereka dibuat menggunakan teknologi tanpa pengawasan sehingga tangan pemilik yang ingin tahu tidak masuk ke sana.
• Ada juga baterai yang tidak terlalu bagus, masa pakainya terbatas dalam kasus terbaik – tiga tahun ! Tetapi mereka hanya memberikan layanan garansi 6 - 12 bulan untuk produk mereka.

Perbedaan antara produsen yang buruk dan yang baik terletak pada teknologi untuk produksi baterai, saya membaca di suatu tempat bahwa perusahaan yang serius tidak menyisihkan timah untuk pelat, dan juga menggunakan kalsium dan bahkan perak untuk mengurangi proses elektrolisis - jadi mereka jelas berjalan cukup lama ! Tetapi mereka yang menyimpan, maka baterai akan bekerja sangat sedikit, karena ada sejumlah kecil timah di piring dan setelah 2 - 3 tahun mulai hancur. Jadi di (saya menyarankan Anda untuk membaca artikel), Anda perlu melihat kasus pertama pada garansi dan teknologi, Anda sudah dapat memahami semuanya.

Nah, sekarang saya akan mencoba dengan cepat membahas poin-poin utama yang saya tunjukkan di atas.

Rezim suhu

Perlu dicatat bahwa banyak pengendara berpikir bahwa masa pakai dipengaruhi oleh periode musim dingin, yaitu baterai « » kehilangan muatan dan gagal. Ini sebagian benar - masalah utamanya adalah baterai dingin, bahkan setelah memulai, ia tidak mengambil muatan normal sampai suhunya naik ke tanda positif. Oleh karena itu, perjalanan singkat memang dapat berdampak buruk pada baterai, tetapi sebagai aturan, kita semua melakukannya (seperti yang saya pikirkan dengan benar), dan oleh karena itu muatannya menumpuk secara normal.

Dan inilah rezim musim panas, dengan ekstrimnya suhu tinggi, dan di bawah kap semuanya bisa + 60, + 70 derajat Celcius. Kompromi, di musim panas Anda tidak membutuhkan banyak energi untuk menghidupkan mesin, tetapi di musim dingin Anda membutuhkan setidaknya 30% lebih banyak! Dan karena kapasitasnya turun di musim panas, ada kemungkinan Anda tidak akan menghidupkan mesin lagi!

Versi baterai

Saya menulis tentang ini di artikel -. Sebenarnya, jika Anda mengambil opsi yang diservis, bersiaplah untuk menjaganya! Tambahkan air suling, periksa kerapatan elektrolit, dll.! Jika Anda "membanting" momen itu, maka baterainya mungkin tidak akan habis selama satu tahun! Dalam hal ini, masa pakai baterai bebas perawatan jauh lebih lama, tetapi masih layak dibeli.

Kemudahan servis sistem pengisian mobil

Di sini saya ingin menyoroti dua aspek utama:

• Generator - secara langsung mempengaruhi pengoperasian baterai. Jika bekerja dalam mode normal, maka istilahnya adalah nominal. Tetapi jika mulai gagal, tidak memberi atau kekurangan pasokan, maka baterai mulai mengeluarkan lebih banyak. Ini penuh dengan pelepasan yang dalam dan sulfasi pelat, beberapa dari tiga pelepasan yang dalam dan buang baterai Anda.

• Relai pengatur adalah sirkuit mikro kecil tapi sangat penting, melindungi baterai dari pengisian yang berlebihan. Lagi pula, generator tidak tahu ukurannya! Agar overcharge tidak lewat dan dibutuhkan elemen kecil ini, juga memperpanjang umur baterai ().

Jika semua sistem berfungsi dengan baik, Anda dapat mengandalkan masa pakai baterai nominal, yaitu, katakanlah setidaknya 5-7 tahun! Tetapi jika sesuatu tidak berfungsi dengan baik, itu akan secara kritis mengurangi masa pakai.

Kebocoran arus

Peralatan pihak ketiga, misalnya, radio atau alarm, jika tidak terhubung dengan benar, dapat menanam baterai Anda, sepertinya bukan arus bocor yang besar, tetapi beberapa hari, dan bahkan seminggu dan itu saja - pelepasan yang dalam ! Karena itu, jika Anda memperhatikan bahwa setelah berhenti di malam hari, starter tidak berputar begitu cepat, itu sepadan. Kemudian kami memperbaikinya tanpa gagal, jika tidak dalam beberapa bulan Anda akan membeli baterai baru.

Mengemudi kota

Perlu juga dicatat bahwa baterai hidup lebih sedikit di kota! Tapi kenapa? YA semuanya sederhana - ada banyak perjalanan singkat di kota, Anda menyalakan mobil, baterai memberi energi untuk memulai, dan Anda mengemudi hanya beberapa kilometer dan setelah 10 menit Anda masuk ke tempat parkir yang panjang! Jadi, ternyata - "undercharge" kecil! Kemudian mereka mulai lagi dan berhenti lagi. Biaya rendah seperti itu menguras baterai, dan voltase bisa turun hingga kritis. Misalnya, di musim dingin Anda tidak akan dapat menyalakan mobil - kosongkan baterai Anda hingga nol, dan ini adalah pelepasan dan sulfasi yang dalam.

Oleh karena itu, untuk memperpanjang masa pakai, perlu setidaknya sekali setiap beberapa minggu untuk mengendarai mobil selama lebih dari 30 - 40 menit! Meskipun jika Anda berdiri dalam kemacetan lalu lintas untuk waktu yang lama dengan mesin menyala, maka ini sudah cukup - lagipula, generator berputar.

Tempat baterai

Banyak yang mungkin menganggap ini bukan poin penting dan akan salah! Karena dudukan, menurut saya, adalah salah satu poin terpenting - baterai dapat terbang keluar dari tempatnya selama belokan tajam dan manuver lainnya. Dan jika tidak diperbaiki, maka terminal dapat ditutup pada badan (katakanlah, positif ke "tanah"). Terminal dapat rusak sama sekali, atau merusak titik pemasangan dalam wadah plastik, yang juga tidak membawa sesuatu yang baik! Baterai seperti itu tidak akan bertahan lama.

Ingat, baterai harus diamankan dengan baik (duduk di soketnya), sebaiknya dengan kurung khusus atau klip lainnya.

• Jangan gunakan baterai yang kosong atau "terpasang".
• Di musim dingin, coba isi ulang baterai Anda; setelah memanaskan mesin, biarkan bekerja selama 5 - 10 menit dengan perangkat listrik dimatikan, misalnya, setelah perjalanan.
• Jika Anda memiliki mekanik, buatlah lebih mudah untuk menghidupkan mesin dengan menekan pedal kopling.
• Jangan memutar starter untuk waktu yang lama! Karena tidak realistis untuk mengeluarkan banyak energi. Maksimum 4 - 5 detik untuk sekali start! Jika mobil tidak menyala 4 kali, jangan memperkosanya lebih jauh.
• Di musim dingin. Sebelum memulai, disarankan untuk menyalakan lampu depan, ini akan memulai reaksi kimia di baterai dan membuatnya lebih cepat panas. Lampu depan harus dinyalakan selama 20 - 30 detik, itu sudah cukup.
• Periksa casing baterai secara berkala, bersihkan terminal dan casing dari plak.
• Isi daya baterai secara berkala. Bahkan jika Anda menggunakan mobil Anda dengan sempurna, itu bisa kehabisan tenaga. Misalnya, tegangan ideal adalah 12,7 V, tetapi seringkali baterai di mobil bertahan sekitar 12,2 - 12,4 V. Berguna untuk menaikkannya ke 12,7V, katakanlah sebulan sekali.

Omong-omong, video yang bermanfaat tentang topik tersebut.

Diposting oleh penulis -, - 29 Januari 2014

Untuk mempermudah, kami telah membuat kalkulator perhitungan:

Sekarang mari kita sajikan algoritma perhitungannya:

1) Tentukan daya beban total dan arus pelepasan konstan.

2) Kami menghitung kapasitas baterai yang diperlukan untuk otonomi yang diberikan.

3) Tentukan jenis baterai

Contoh

Diberikan: dua strip LED dengan kekuatan 10W dan beroperasi dari 12V. Otonomi yang dibutuhkan: 10 jam. Kehidupan pelayanan: satu tahun dengan penggunaan sehari-hari. Kondisi operasi: suhu kamar konstan 20 derajat.

Menemukan: baterai minimum yang dapat diterima dan optimal untuk memecahkan masalah.

Larutan

1) Total daya W = 10W * 2 = 20W. Arus pelepasan kontinu: I = 20/12 = 1,67A. Untuk perhitungan yang akurat, disarankan untuk mengukur konsumsi arus menggunakan multimeter.

2) Untuk menentukan kapasitas yang dibutuhkan, Anda harus melalui poin-poin berikut:

sebuah) Untuk mempertahankan beban pada arus pelepasan seperti itu, perlu untuk menentukan kapasitas baterai minimum yang dihitung: 1,67 * 10 = 16,7 Ah.

B) Harus diingat bahwa kapasitas baterai isi ulang ditunjukkan oleh pabrikan berdasarkan waktu pengosongan tertentu. Biasanya 10 jam. Tetapi beberapa produsen mengutip 20 jam. Disini kita akan terbantu dengan baterai yang bisa diambil di website kita. Mari kita lihat spesifikasinya:

Dalam kasus kami, waktu pengoperasian dari baterai adalah 10 jam, yang berarti kami dapat menganggap kapasitasnya sama dengan yang nominal. Namun, jika tugas itu menghabiskan biaya 5 jam, maka Anda perlu memperhitungkan fakta bahwa dengan waktu pengosongan seperti itu kapasitas baterai akan lebih rendah (kalikan arus pelepasan dengan jam - 4,8A * 5h = 24Ah, bukan 28).

Dalam soal, kita dapat melihat bahwa jumlah siklus yang direncanakan yang kita miliki adalah 365. Perkiraan kedalaman debit maksimum dalam kasus kami adalah sekitar 57%. Dianjurkan untuk mengambil dengan margin, kami akan mengandalkan debit 50% (kondisi operasi nyata berbeda dari kondisi laboratorium yang ideal).

Jadi, kami memperkenalkan amandemen 0,5: 16,7 / 0,8 = 33,4 Ah.

G) Jika kita berhadapan dengan suhu selain suhu operasi optimal (25 derajat), maka perlu memasukkan faktor koreksi, yang juga dapat kita ambil dari spesifikasi:

Jadi pada suhu 10 derajat, koefisien 0,9 harus dimasukkan, mis. + 10% lebih dari kapasitas yang dihitung.

3) Jika kita membutuhkan mode pelepasan yang lama, kita harus memperhatikan seri baterai AGM dari produsen yang populer di pasar Rusia:

• Baterai delta - seri
• CSB -

Sebelum menjelaskan kalkulator, kita akan melihat terminologi yang terkait dengan sumber daya kimia. Hal ini disebabkan inkonsistensi dan inkonsistensi terminologi di daerah ini.

Terminologi

Baterai tunggal- sumber arus elektrokimia yang terdiri dari rumahan dengan elektroda dan massa aktif. Baterai digunakan untuk menyalakan perangkat portabel seperti senter. Biasanya baterai memiliki tegangan 1-3 V, tergantung jenis reaksi kimia di dalamnya. Contohnya adalah baterai (spoken – battery) jenis AAA, AA, C, D.

Baterai- sekelompok sel galvanik tunggal, sel penyimpanan dan catu daya elektrokimia lainnya, dihubungkan secara seri atau paralel dan terletak di satu wadah, yang dirancang untuk memberi daya pada berbagai perangkat. Misalnya aki mobil dengan tegangan 12 V dan kapasitas 45 Ah, terdiri dari enam sel baterai dengan tegangan 2 V dan kapasitas 45 Ah.
Baterai- nama sehari-hari sel galvanik tunggal atau sel yang dapat diisi ulang, biasanya berukuran kecil, serta baterai dari mereka, misalnya, baterai "Krona" 9 volt (enam sel galvanik yang terhubung seri), baterai tipe jari (satu galvanik sel).

Sebuah blok (juga kelompok atau bank) baterai atau sel- beberapa sumber daya elektrokimia yang dihubungkan secara seri atau paralel dalam bentuk baterai atau sel individu yang tidak memiliki rumah umum dan digunakan untuk catu daya darurat berbagai peralatan. Contoh paket baterai adalah paket baterai 12 V, 8 Ah dalam catu daya yang tidak pernah terputus. Lebih lanjut tentang paralel dan koneksi serial baterai dan baterai - di akhir artikel ini.

Rumus dan definisi

Baterai tunggal (sel)

Rumus berikut menentukan hubungan antara arus yang diberikan baterai ke beban, kapasitasnya, dan laju pengosongan relatif:

Saya bat adalah arus dalam ampere yang disuplai ke beban oleh satu baterai,

C bat adalah kapasitas nominal baterai dalam ampere-jam (berarti produk ampere dengan jam), yang biasanya ditandai pada baterai, dan

C rate - laju pengosongan relatif baterai, yang didefinisikan sebagai arus pengosongan dibagi dengan arus teoretis yang dapat diberikan baterai dalam waktu satu jam dan kapasitasnya akan habis sepenuhnya.

Jam kerja T dan tingkat pelepasan baterai relatif (C-rate) berbanding terbalik:

Perhatikan bahwa ini waktu berjalan teoretis... Karena berbagai faktor eksternal, waktu pengoperasian yang sebenarnya akan menjadi sekitar 30% lebih sedikit daripada yang dihitung menggunakan rumus ini. Perlu juga dicatat bahwa kedalaman pelepasan baterai yang diizinkan semakin membatasi masa pakai baterai.

Energi penyimpanan nominal dalam baterai dalam watt-jam dihitung dengan rumus

E bat adalah energi nominal yang disimpan dalam baterai dalam watt-jam,

V bat - tegangan baterai nominal dalam volt

C bat adalah kapasitas nominal baterai dalam ampere-jam (Ah)

Energi dalam joule(watt-detik, W-s) dihitung menggunakan rumus

Diketahui bahwa dengan arus satu ampere melalui persilangan sebuah penghantar dalam satu detik melewatkan muatan satu coulomb. Karena itu, pengisian baterai ditentukan dari ekspresi Q = saya t dengan mempertimbangkan kapasitas baterai yang diketahui dalam ampere-jam, yang menentukan arus yang dikirim oleh baterai ke beban selama 3600 detik:

Q bat - pengisian baterai di liontin (K) dan

C bat adalah kapasitas nominal baterai dalam ampere-jam.

Baterai

Nilai tegangan paket baterai dalam volt ditentukan oleh rumus

V bat - tegangan baterai nominal dalam volt,

V bank - tegangan nominal bank baterai dalam volt

n s adalah jumlah baterai di salah satu dari beberapa kelompok baterai yang dihubungkan secara seri

Kapasitas baterai dalam jam ampere, C bank ditentukan oleh rumus

Nilai energi dalam watt-jam E bank yang disimpan dalam baterai ditentukan oleh rumus

E bat - energi nominal satu baterai,

n s adalah jumlah baterai dalam sekelompok baterai yang dihubungkan secara seri dan

n p adalah jumlah kelompok baterai yang dihubungkan secara seri, dihubungkan secara paralel

Energi dalam joule dihitung dengan rumus:

Di Sini E bank, Wh adalah energi nominal bank baterai dalam watt-jam.

Mengisi dalam liontin baterai Q bank didefinisikan sebagai jumlah muatan semua baterai di blok:

Arus debit baterai Saya bank dihitung dengan rumus:

Jam kerja baterai T bank ditentukan dengan rumus:

Karakteristik baterai

Saat memilih baterai, karakteristik berikut diperhitungkan:

• Jenis baterai (sel)
• Baterai (sel) jenis reaksi kimia
• Voltase
• Kapasitas
• Tingkat debit relatif
• Kedalaman debit yang diizinkan
• Kapasitansi versus tingkat debit relatif
• Konsumsi energi spesifik (per satuan berat)
• Intensitas energi (per satuan volume)
• Daya spesifik (per satuan berat)
• Kisaran suhu operasi
• Kedalaman debit yang diizinkan
• Ukuran dan berat

Beberapa karakteristik ini dibahas di bawah ini.

Jenis baterai

Ada dua kategori utama baterai dan baterai: primer (sekali pakai) dan sekunder (baterai isi ulang).

Sumber arus primer

Ini adalah sumber daya kimia tanpa kemampuan isi ulang yang andal. Buang sumber tersebut setelah digunakan. Contoh sumber daya utama adalah karbon-mangan-seng (garam) dan sel basa.

Sumber arus sekunder

Sumber arus sekunder (sel atau baterai) adalah akumulator yang dirancang untuk sejumlah besar pengisian ulang (hingga 1000 kali). Di dalamnya, energi arus listrik diubah menjadi energi kimia, yang terakumulasi dan kemudian dapat diubah lagi menjadi arus listrik. Jenis baterai yang paling terkenal dan tertua adalah timbal atau asam. Baterai umum lainnya adalah baterai nikel kadmium (NiCd), nikel metal hidrida (NiMH), lithium ion (Li-Ion), dan lithium polimer (LiPo).

Intensitas energi spesifik (per satuan berat) dan rapat energi per satuan volume

Kepadatan energi spesifik per satuan berat baterai diukur dalam satuan energi per satuan massa. Dalam satuan SI, diukur dalam joule per kilogram (J / kg). Untuk baterai, watt per kg (W / kg) biasanya digunakan. Kepadatan energi per satuan volume adalah jumlah energi yang tersimpan dalam baterai per satuan volume. Diukur dalam watt-jam per liter (Wh/l).

Sayangnya, kerapatan energi spesifik baterai relatif rendah jika dibandingkan dengan bensin. Pada saat yang sama, kepadatan energi spesifik baterai lithium-ion yang dikembangkan baru-baru ini empat kali lebih tinggi daripada baterai timbal-asam. Kendaraan listrik dengan baterai seperti itu sudah cukup nyaman untuk digunakan sehari-hari. Baterai polimer lithium memiliki kepadatan energi tertinggi dan oleh karena itu banyak digunakan di pesawat terbang dengan kendali jarak jauh(drone).

Jenis reaksi kimia baterai

Baterai alkaline

Meskipun baterai alkaline diperkenalkan lebih dari 100 tahun yang lalu, mereka adalah jenis sumber daya portabel sekali pakai yang paling umum. Tegangan nominal sel alkaline adalah 1,5 V, dan kapasitas sel alkaline AA mencapai 1800–2600 mAh. Jika Anda menggabungkan beberapa sel ini menjadi satu rumah, Anda bisa mendapatkan baterai 4,5 V (dari tiga sel), 6 V (dari empat sel) dan 9 V (dari enam sel). Baterai 9V (dari tipe "Krona" - sesuai dengan nama baterai seng-karbon yang diproduksi di Uni Soviet), dikembangkan untuk penerima radio transistor pertama, sekarang digunakan untuk radio portabel, detektor asap, dan remote control model. Kapasitas mereka sangat kecil, hanya sekitar 500 mAh. Konsumsi energi spesifik elemen alkali adalah 110–160 Wh / kg.

Baterai seng-mangan

Baterai primer seng-mangan (juga seng-karbon atau garam) ditemukan pada tahun 1886 dan masih digunakan sampai sekarang. Tegangan nominal sel tersebut adalah 1,5 V, kapasitas sel AA adalah 400-1700 mAh. Sel dan baterai mangan-seng diproduksi dalam ukuran standar yang sama dengan yang basa. Konsumsi energi spesifiknya adalah 33–42 Wh / kg, yaitu kira-kira tiga kali lebih rendah dari konsumsi energi baterai alkaline. Karena konsumsi dayanya yang rendah, mereka hanya digunakan jika tidak diperlukan untuk memasok arus besar ke beban atau jika perangkat tidak sering digunakan, misalnya, di panel kontrol atau jam.

Baterai Asam

Baterai asam (atau timbal) tidak mahal, tersedia, dan banyak digunakan di mobil, peralatan lain, catu daya tak terputus, dan peralatan lainnya. Tegangan melintasi sel asam adalah 2 V. Baterai biasanya memiliki 3, 6 atau 12 sel, yang memungkinkan Anda mendapatkan masing-masing 6,12 dan 24 V. Baterai timbal-asam berguna saat bobotnya yang berat tidak menjadi masalah. Konsumsi energi spesifik baterai timbal-asam adalah 33–42 Wh / kg.

Baterai nikel kadmium

Baterai isi ulang nikel-kadmium (NiCd) (sekunder) ditemukan lebih dari 100 tahun yang lalu dan hanya di akhir 90-an. abad terakhir, alih-alih mereka, baterai nikel-logam hidrida dan lithium-ion mulai digunakan secara luas. Tegangan elemen nikel-kadmium adalah 1,2 V, kandungan energi spesifiknya adalah 40–60 Wh / kg.

Baterai nikel logam hidrida

Baterai nikel-logam hidrida (sekunder) ditemukan relatif baru - pada tahun 1967. Kapasitas energi volumetriknya jauh lebih tinggi daripada baterai nikel-kadmium, dan mendekati intensitas energi baterai lithium-ion. Tegangan nominal sel adalah 1,2 V, konsumsi energi spesifik adalah 60-120 Wh / kg. Daya spesifik baterai NiMH 250-1000 W / kg juga jauh lebih tinggi daripada baterai nikel-kadmium (150 W / kg).

Baterai Lithium Polymer

Baterai lithium-ion polymer (atau lithium polymer, LiPo) menggunakan elektrolit polimer agar-agar. Karena kandungan energi spesifiknya yang tinggi 100-265 Wh / kg, mereka digunakan di mana bobot rendah adalah faktor utama. Ini termasuk ponsel, pesawat yang dikendalikan dari jarak jauh (drone) dan komputer tablet. Karena kandungan energi spesifiknya yang tinggi, baterai LiPo rentan terhadap panas berlebih dan pengisian daya yang berlebihan. pelarian termal yang dapat menyebabkan kebocoran elektrolit, ledakan, dan kebakaran. Juga, selama operasi, harus diingat bahwa baterai ini mengembang ketika disimpan dalam keadaan terisi penuh, yang dapat menyebabkan keretakan jika perangkat tempat mereka dipasang.

Baterai Lithium Besi Fosfat

Baterai lithium besi fosfat (catu daya sekunder, LiFePO₄) adalah baterai lithium ion yang menggunakan lithium besi fosfat LiFePO₄ sebagai katoda dan elektroda grafit dengan mesh logam sebagai anoda. itu relatif teknologi baru, yang dikembangkan pada awal 2000-an, memiliki sejumlah kelebihan dan kekurangan dibandingkan baterai lithium-ion tradisional. Tegangan sel adalah 3,2 V dan karena sangat tinggi dibandingkan dengan jenis reaksi kimia lain dalam teknologi lithium-ion, hanya empat sel yang diperlukan untuk mencapai tegangan nominal 12,8 V. Selama proses pengosongan, tegangan pada baterai ini sangat stabil, yang memungkinkan Anda mendapatkan daya hampir penuh dari baterai selama proses pengosongan. Baterai LiFePO₄ memiliki kandungan energi spesifik 90–110 Wh / kg. Baterai lithium besi fosfat digunakan dalam sepeda listrik, kendaraan listrik, senter menyala bertenaga surya, v rokok elektronik dan lentera. Baterai lithium iron phosphate 14500 memiliki dimensi geometris yang sama dengan baterai AA. Namun, tegangannya adalah 3,2 V.

Tegangan baterai

Tegangan baterai ditentukan oleh jenis proses kimia yang digunakan dalam sel, serta jumlah sel yang dihubungkan secara seri. Tabel di bawah ini menunjukkan tegangan dari berbagai sel primer dan sekunder.

Jika baterai dari sel galvani dibuat dari beberapa sel yang dihubungkan secara seri, tegangannya bisa 4,5 V, 12 V, 24 V, 48 V, dll.

Kapasitas baterai

Kapasitas baterai adalah jumlah listrik (pengisian) yang dapat digunakan baterai untuk menghasilkan arus listrik dalam beban pada tegangan pengenalnya. Perhatikan bahwa kapasitas baterai dan kapasitas listrik berbeda besaran fisika... Kapasitas baterai dapat diukur dalam satuan muatan listrik - coulomb (C), dan kapasitas kapasitor dalam satuan kapasitas listrik - farad (1 F = 1 C/V). Namun, dalam praktiknya, lebih mudah untuk mengukur kapasitas baterai dalam ampere-jam (Ah atau Ah) atau miliampere-jam (mAh atau mAh, 1 mAh = 1000 Ah). Unit ini tidak memperhitungkan tegangan pada baterai atau baterai, namun, lebih mudah mengingat fakta bahwa sel dengan satu jenis reaksi kimia selalu memiliki tegangan yang sama. Kapasitas nominal baterai sering dinyatakan sebagai produk dari 20 jam dengan jumlah arus yang dapat disuplai oleh baterai yang baru diisi ke beban selama 20 jam pada suhu kamar. Kapasitas sebenarnya (bukan nominal) dari setiap baterai tergantung pada beban, yaitu, pada arus yang diberikan baterai ke beban, atau pada laju relatif pelepasannya. Semakin tinggi tingkat debit, semakin rendah kapasitas baterai yang sebenarnya.

Kapasitas baterai juga dapat diukur dalam satuan energi - watt-jam (Wh atau Wh). Meteran di apartemen Anda mengukur konsumsi listrik dalam kilowatt-jam (kWh), yaitu, dalam unit yang hampir sama, hanya seribu kali lebih besar. 1 kWh = 1000 Wh. Untuk mendapatkan kapasitas baterai dalam satuan energi, kalikan kapasitas amp-jam dengan tegangan pengenal. Misalnya, baterai 12 V 8 Ah, yang sering digunakan dalam catu daya kecil yang tidak pernah terputus, dapat menyimpan energi 12 8 = 96 Wh.

Tabel di bawah ini menunjukkan kapasitas nominal baterai galvanik 1,5 V dan baterai AA 1,2 V:

Tingkat Pelepasan Relatif Baterai

Laju relatif pengosongan baterai (Bahasa Inggris C-rate, C-rating) didefinisikan sebagai arus pengosongan dibagi dengan arus teoretis di mana kapasitas nominal baterai akan habis terpakai dalam satu jam. Ini adalah kuantitas tak berdimensi yang dilambangkan dengan huruf C (dari muatan bahasa Inggris - muatan). Misalnya, baterai dengan kapasitas nominal C bat = 8 Ah, saat pengosongan pada laju 2C, ia akan menggunakan kapasitas pengenalnya untuk menciptakan arus di beban Saya bat = 16 A selama 0,5 jam. Pengosongan 1C untuk baterai yang sama berarti baterai tersebut akan menggunakan kapasitas pengenalnya untuk menghasilkan arus pada beban Saya bat = 8 A selama satu jam. Perhatikan bahwa laju pelepasan relatif adalah kuantitas tanpa dimensi, terlepas dari kenyataan bahwa C bat dinyatakan dalam ampere jam dan Saya kelelawar - dalam ampere. Perhatikan juga bahwa baterai akan memberikan lebih sedikit energi ke beban saat pemakaian pada tingkat yang lebih cepat.

Kedalaman pengosongan baterai

Energi total yang tersimpan dalam baterai seringkali tidak dapat dimanfaatkan sepenuhnya tanpa merusak baterai. Kedalaman pengosongan baterai yang diizinkan (Bahasa Inggris DOD - kedalaman pengosongan) terkadang ditunjukkan dalam karakteristik teknis dan menentukan persentase energi yang dapat diambil dari baterai. Misalnya, baterai asam timbal yang digunakan untuk menghidupkan mesin mobil tidak dirancang untuk dikosongkan secara mendalam dengan arus awal yang tinggi, yang dapat dengan mudah merusaknya. Pelat tipis yang dipasang di baterai semacam itu, memungkinkan area permukaan elektroda yang tinggi, dan oleh karena itu arus maksimum, dapat dengan mudah rusak oleh pelepasan yang dalam, terutama jika pelepasan dengan arus awal yang besar sering diulang. Beberapa baterai, menurut spesifikasi, hanya dapat dikosongkan hingga 30%. Ini berarti hanya 30% dari kapasitasnya yang dapat digunakan untuk memberi daya pada beban.

Pada saat yang sama, baterai timbal-asam dengan pelat yang lebih tebal diproduksi, yang dirancang untuk pelepasan muatan biasa. Ini adalah baterai yang digunakan dalam panel surya dan kendaraan listrik.

Koneksi seri dan paralel baterai dan baterai dalam kemasan baterai

Paket baterai digunakan ketika beberapa baterai perlu dihubungkan untuk tujuan yang sama. Dengan menghubungkan baterai ke unit, dimungkinkan untuk meningkatkan tegangan yang disuplai ke beban, atau keduanya. Tiga metode koneksi digunakan untuk menghubungkan baterai ke unit:

• Paralel
• Konsisten
• Serial dan paralel

Ada beberapa hal penting yang perlu diingat saat menggabungkan baterai ke dalam baterai. Dalam kemasan baterai, Anda tidak hanya perlu menggunakan baterai dengan kapasitas dan jenis yang sama, tetapi juga baterai dari pabrikan yang sama dan diambil dari batch yang sama. Tentu saja, baterai tidak dapat dihubungkan bersama dengan jenis yang berbeda reaksi kimia. Baterai yang berbeda terhubung bersama akan bekerja untuk sementara waktu, tetapi umur mereka akan berkurang secara drastis. Jika kapasitas baterai berbeda, satu baterai akan terkuras lebih cepat dari yang lain, lagi-lagi menghasilkan masa pakai baterai yang lebih pendek.

Pada baterai daisy chaining menjadi satu blok tegangan total adalah jumlah tegangan masing-masing baterai, dan kapasitas ampere-jam tetap sama dengan kapasitas satu baterai. Misalnya, Anda dapat menghubungkan dua baterai seri dengan tegangan 12 V dan kapasitas 10 Ah. Dalam hal ini, kapasitas total akan sama dengan 10 Ah yang sama, namun tegangan akan berlipat ganda dan menjadi sama dengan 24 V. Ketika dihubungkan secara seri, kabel jumper tebal pendek dihubungkan ke terminal negatif baterai pertama dengan terminal positif baterai kedua, terminal negatif baterai kedua dengan terminal positif baterai ketiga dan seterusnya. Kemudian terminal ekstrim blok (satu positif, yang lain negatif) dihubungkan ke beban.

Pada koneksi paralel baterai per unit, tegangannya tetap sama dengan tegangan satu baterai, dan kapasitas serta arus maksimum dalam beban meningkat. Untuk menghubungkan baterai secara paralel, gunakan kabel jumper tebal untuk menghubungkan semua kabel positif dan semua kabel negatif - positif ke positif, negatif ke negatif. Untuk menyeimbangkan beban, sambungkan terminal positif beban ke terminal unit baterai di satu ujung dan terminal negatif ke terminal unit baterai di ujung lainnya. Misalnya, dua baterai 12 volt 10 Ah dapat dihubungkan secara paralel dengan cara ini. Paket baterai yang dihasilkan akan memiliki kapasitas total 20 Ah pada 12 V.

Jika Anda perlu meningkatkan kapasitas dan voltase sekaligus, Anda dapat menggunakan koneksi paralel-seri... Misalnya, jika Anda memiliki enam baterai identik 10 Ah 12 V, Anda dapat menghubungkan dua bank dari tiga baterai secara seri, dan kemudian menghubungkan keduanya secara paralel. Paket baterai baru akan memiliki kapasitas 20 Ah pada 36 V.

Yang waktu pengosongan baterai- ini menarik bagi banyak pemilik mobil. Apalagi jika di pagi hari Anda mengetahui bahwa Anda lupa mematikan lampu, dan ketika Anda mencoba menghidupkan mesin, ternyata aki sudah terisi penuh. Saat itulah muncul pertanyaan: "dapatkah pencahayaan interior atau bola lampu samping mematikan baterai, atau apakah itu semacam?" Ke depan, jawabannya tidak ambigu - tentu saja bisa, terutama jika musim dingin dan baterai tidak terisi 100%.

Agar tidak memulai secara harfiah dalam sehari, cukup hanya memiliki kebocoran arus 100 miliampere atau lebih, belum lagi konsumsi sumber 400-700 mA. Anda dapat memverifikasi ini dengan menghitung waktu pengosongan nominal aki mobil. Rumus perhitungannya terlihat seperti ini:

T = Kapasitas (baterai) / Arus konsumen

Kalkulator online kami akan memungkinkan Anda menghitung berapa lama baterai akan bertahan saat sumber daya dihidupkan, saat Anda tidak sengaja lupa atau sengaja membiarkannya bekerja. Perhitungan akan dilakukan dengan mempertimbangkan kapasitas nominal baterai, daya konsumen dan arus bocor alami saat istirahat.

Pada arus konsumsi rendah, baterai besar dapat memberikan waktu pengoperasian yang lebih lama. Secara alami, semakin besar kapasitas baterai, semakin lama waktu pengoperasian, tetapi akan lebih lama untuk mengisi daya generator. Ini berarti bahwa perjalanan singkat tidak akan memungkinkannya untuk pulih dengan cepat. V waktu musim dingin ini dapat menyebabkan.

Waktu pengosongan baterai

Cara menghitung waktu pengosongan baterai dapat dipahami dengan memeriksa contoh spesifik. Katakanlah konsumen 120 watt termasuk dalam jaringan on-board mobil. Menurut hukum Ohm, dapat dihitung bahwa ia menyedot 10A dari baterai per jam. Artinya, jika ada baterai 55 Ah di dalam mobil, maka akan habis penuh dalam waktu tidak lebih dari 5,5 jam. Tapi ini hanya perhitungan perkiraan, karena masih ada faktor lain yang akan mempengaruhi konsumsi saat ini. Perhatikan agar mobil tidak bisa distarter, 15-25% sisanya sudah cukup, yaitu 4 jam.

Tabel waktu pengosongan baterai dengan konsumsi minimum:

Persentase debit (%)	10	20	30	40	50	60	70	80	90	100
Waktu pengosongan (h)*	7	14	20	26	32	39	45	52	58	64

* Untuk perhitungan, diambil nilai minimum arus bocor 20 mA dan daya lampu mobil 10W dari baterai dengan kapasitas 55Ah.

Data tentang 20 jam pengoperasian baterai, yang ditunjukkan pada labelnya, didasarkan pada arus yang sama dengan 0,05 dari kapasitasnya.

Pengosongan baterai yang diizinkan

Pengosongan aki mobil yang diizinkan hingga 30% dari kapasitas aslinya (tegangan tidak lebih rendah dari 11,8V). Perhatikan bahwa pada level ini, Anda dapat menghidupkan mesin hanya pada suhu positif. Di musim dingin, jangan biarkan debit 50% persen (12.1V).

Cara menggunakan kalkulator waktu pengosongan

Dengan menggunakan rumus dasar, Anda dapat menghitung berapa lama baterai akan bertahan pada kalkulator biasa, tetapi Anda perlu mengetahui nilai pasti dari konsumsi daya, dan juga menambahkan kebocoran ke dalamnya. Oleh karena itu, lebih cepat Anda dapat mengetahui waktu pengosongan baterai, tergantung pada arus beban, dengan mencentang konsumen yang diperlukan. Untuk menghitung Anda perlu:

1. Di bidang "Kapasitas baterai", tunjukkan peringkat baterai.
2. Di sel "", Anda dapat menentukan rata-rata - 25-35 mA, dan dengan memeriksa multimeter. Untuk menghitung nilai yang diizinkan, Gunakan. Yang, tergantung pada konsumen yang Anda miliki, akan menunjukkan perkiraan nilai kebocoran normal saat istirahat.
3. Centang kotak (pilih dari daftar) konsumen yang diperlukan, yang penyertaannya menghasilkan pelepasan (atau ada kebutuhan untuk menghitung waktu pengoperasian baterai). Watt lampu dinilai pada peringkat standar.
4. Di bidang "Kekuatan konsumen" angkanya akan berubah tergantung pada sumber yang dipilih. Atau, Anda dapat memasukkan nomor Anda sendiri yang diketahui dalam watt atau ampere.
5. Dengan menekan tombol " Menghitung»Anda akan mendapatkan hasil waktu dalam hitungan jam.

Perhitungan waktu pengosongan baterai ini adalah perkiraan, karena proses kimia dan listrik dalam baterai tidak sepenuhnya cocok untuk analisis matematis yang ketat.

Untuk referensi, kekuatan apa yang dimiliki konsumen tertentu, Anda dapat mengambil data dari tabel.

Meja konsumen mobil

Konsumen	Daya, W)	Arus yang dibutuhkan (A)
Dimensi depan	5x2	1-2
Lampu depan balok tinggi / rendah	55x2	7-10
PTF	55x2	7-10
Lampu kabut belakang	21x2	2–3,5
Lampu parkir	5x2	1-2
Dimensi belakang	5x2	1-2
Penerangan angka	2	0,17
Berhenti sinyal	5x2	1-2
Sistem audio	5-25	0,5-2
wiper	60	5
Kaca pemanas	120	5-10
Kursi berpemanas	85-160	7-14
kipas kompor	80-200	6-16
Pemanas	60-120	5-10
Sistem pengapian	20	2-4
Kontrol mesin (ECU)	10	1-2