Ako vypočítať výdrž batérie. výpočet životnosti batérie (batérie). Kapacita a napätie batérie

Mnoho zariadení, ktoré nás obklopujú v každodennom živote, si vyžaduje pravidelnú výmenu batérie. Niektoré batérie ale vydržia dlho, iné „zomrú“ takmer okamžite, najmä v mrazoch. prečo? Ponúkame vám, aby ste prišli na to, na čo sú vhodné určité typy zdrojov energie, či už sú to bezdrôtové slúchadlá, počítačové myši alebo diaľkové ovládače televízora a ako pri ich výbere ušetriť.

Autorom prvej batérie na svete sa stal taliansky fyzik Alessandro Volta. Zistil, že chemické procesy, ktoré prebiehajú medzi elektródami vyrobenými z rôznych kovov, sa môžu stať zdrojom elektrický prúd. Volta navrhol prvok, v ktorom sa striedali platne zo zinku a medi a medzi ne boli položené kusy látky impregnované kyselina chlorovodíková. Batéria bola umiestnená vo vodivom soľnom roztoku – elektrolyte. Na výstupoch sa vytvoril potenciálny rozdiel, ktorý zhŕňa napätie všetkých prvkov spojených v stĺpci, v dôsledku čoho vznikol elektrický prúd.

Alessandro Volta predstavil svoj vynález Kráľovskej spoločnosti v Londýne v roku 1801, potom ho pozval do Paríža Napoleon I. Bonaparte, aby mu fyzik osobne predviedol fungovanie batérie. Za to bol Volta ocenený Rádom čestnej légie, titulom Kráľ elektrikárov a cenou 6 000 lír.

Prvú sériovú výrobu batérií založila americká spoločnosť Eveready na konci 19. storočia. Potom sa vyrábali napájacie zdroje pre rádiové prijímače, neskôr sa začali využívať v ťažobnom priemysle, v automobilovom priemysle, v námorníctve a letectve. V 20-tych rokoch minulého storočia americký trh s batériami zachytil Duracell, a preto dlho „dominovali“ mangánovo-zinkové galvanické články s grafitovou elektródou.

Potom prišli nové technológie a s nimi aj noví výrobcovia. Dnes sú najobľúbenejšie značky na ruskom trhu GP, Energizer, Duracell, Varta, Cosmos. Súčasné zdroje sa líšia výkonom, ktorý zase závisí od plnenia. V závislosti od zloženia – katóda, anóda a elektrolyt – sú batérie chlorovodíkové, alkalické, ortuťové, lítiové a strieborné.

Prečítajte si tiež:

Typy podľa zloženia

Soľné batérie nahradili mangánovo-zinkové batérie v druhej polovici 20. storočia. Vo fyziologickom roztoku sa ako elektrolyt používa roztok chloridu amónneho, obsahuje elektródy vyrobené z oxidu zinku a mangánu. Soľné batérie sú najlacnejšie zo všetkých batérií na trhu.

Väčšina výrobcov však už od výroby týchto galvanických článkov upustila a v predaji ich takmer nenájdete. Mnohí si určite všimli v priestore pre batérie biely povlak alebo nahromadenie zrniek soli. Ukázalo sa, že tieto zdroje prúdu sú náchylnejšie ako iné k odtlakovaniu, v dôsledku čoho elektrolyt vyteká, čo ovplyvňuje životnosť zariadenia. Okrem toho je nebezpečný aj pre človeka – ak sa soľ dostane na pokožku alebo sliznice, hrozí popálenie.

Alkalický je tiež ľudovo známy ako alkalický (z anglického alkalický - „alkali“). Sú o niečo drahšie ako soľné, ich výhody sú však mnohonásobne väčšie: pri nepretržitom vybíjaní sú schopné pracovať oveľa dlhšie ako soľné a pri intenzívnejšom zaťažení. Batérie tohto typu stoja v priemere asi 20 - 30 rubľov na batériu.

Ortuť, podobne ako chlorovodíková, sa takmer vôbec nepredáva, prestávajú sa vyrábať kvôli toxicite ortuti. Vyžadujú si tiež špeciálne podmienky likvidácie. Navyše pri cyklickej prevádzke galvanický článok rýchlo degraduje a jeho kapacita klesá.

Lítiové batérie vydržia najdlhšie pri vysokej záťaži. V takejto batérii je katóda vyrobená z lítia, je oddelená od anódy pomocou separátora a membrány, ktorá je impregnovaná organickým elektrolytom. Lítiové batérie sú zároveň najľahšie zo všetkých existujúcich, ale ich jedinou nevýhodou v cene sú náklady na jeden balík dvoch batérií, asi 150 rubľov.

Strieborné batérie tiež patria medzi najdrahšie, ako základ pre katódu slúži oxid strieborný, pre anódu zinok. Elektrolytom je hydroxid sodný alebo draselný. Majú stabilné napätie a vysokú kapacitu. „Tieto batérie sú samé o sebe dobré: skladujú sa dlho a pomaly sa vybíjajú. Nainštaloval som ho a na päť rokov som zabudol na výmenu súčasných prvkov. Ale zriedka ich vidíte v obchodoch kvôli vysokej cene, “vysvetlil Artyom Novikov, asistent predaja v obchode Technocity.

"Opätovne použiteľné"

Skúsení používatelia uprednostňujú nákup dobíjacích batérií namiesto jednorazových, pretože sa dajú mnohokrát dobíjať. Batérie sa dajú rozlíšiť podľa nápisu Rechargeable, ako aj podľa kapacity uvedenej na puzdre v miliampérhodinách (mAh). Na dobíjanie potrebujete špeciálne zariadenie, ktoré sa zapája do zásuvky, jeho cena sa pohybuje od 300 do 4 000 rubľov.

Na pultoch obchodov často nájdete nikel-kadmiové a nikel-iónové batérie. „Nabíjateľné batérie sú sľubným smerom vo vede aj vo výrobe. Dobíjacie zdroje sú tiež šetrné k životnému prostrediu vďaka opakovanému použitiu. Batérie teda čoskoro nahradia jednorazové batérie. Vedci neustále pracujú na vývoji nových materiálov. Napríklad Novosibirský Výskumný ústav chémie pevných látok pracuje na syntéze sodíkovo-iónových batérií, v budúcnosti na vývoji horčíkovo-iónových zdrojov energie,“ povedala kandidátka chemických vied Nina Kosová.

Typy podľa veľkosti

Jednorazové batérie sú však priskoro na to, aby boli vyhodené na smetisko dejín. V prvom rade cenová dostupnosť neumožní ich zošrotovanie, preto je užitočné pochopiť klasifikáciu batérií podľa veľkosti.

AAA – malá batéria, ľudovo povedané „malíčková“ batéria. Asi 4,5 cm vysoký a asi centimeter v priemere. Napätie je 1,5 voltu.

AA - ďalšia miniatúrna batéria, nazýva sa aj "prstový". Výška je 5,5 cm, priemer je asi 1,5 cm a napätie nie je väčšie ako 1,5 voltu.

C - tieto batérie sa nazývajú "palcové" alebo "esk" kvôli výške - päť centimetrov. Priemer je 2,6 cm a napätie je 1,5 voltu.

D je najväčšia batéria, a preto ju neoficiálne prezývali „sud“. Napätie je štandardné, výška je 6,1 centimetra, priemer je 3,4 centimetra.

PP3, alebo "koruna", je prvkom s najviac vysoké napätie deväť voltov, 4,8 cm vysoký a 2,6 cm v priemere. Táto batéria má oba kontakty na rovnakej strane.

Oblasť použitia

Soľné batérie majú nízku kapacitu - asi 0,8 ampérov za hodinu. Sú vhodné pre zariadenia s nízkou spotrebou energie: diaľkové ovládače, teplomery, nástenné hodiny, kuchynské alebo podlahové váhy. Tieto batérie sa veľmi rýchlo vybíjajú pri nízkych teplotách.

Pre alkalické je rozsah oveľa širší a sú určené pre vysoké zaťaženie. Kapacita takejto batérie je 1,5 - 3,2 ampérov za hodinu. Alkalické prvky sú použiteľné na digitálnych fotoaparátov s bleskom, baterkami, detskými hračkami, kancelárskymi telefónmi, počítačovými myšami a pod.

Lítiové batérie majú dlhšiu životnosť, preto sa tieto zdroje používajú v zariadeniach s vysokou spotrebou energie. Môže to byť počítačové a fotografické vybavenie, lekárske vybavenie. Okrem toho sa takéto batérie nebojí mrazu. A dajú sa pokojne použiť na nejakú pouličnú vychytávku.

Ortuťové batérie boli pred 20 rokmi široko používané v zariadeniach, ako sú elektronické hodinky, kardiostimulátory, načúvacie prístroje a vojenské zariadenia. Ale dnes, ako bolo uvedené vyššie, boli opustené kvôli vysokému riziku otravy.

Strieborné batérie neboli široko používané kvôli vysoká cena kov. Miniatúrne napájacie zdroje tohto typu sú však široko používané v hodinkách, základných doskách notebookov a počítačov, načúvacích prístrojoch, hudobných kartách, príveskoch na kľúče. Batérie veľkosti Krone sa vkladajú hlavne do rádiom ovládaných hračiek alebo iných zariadení, ktoré vyžadujú vysoký výkon.

Pri výbere batérie by ste sa mali zamerať aj na dátum výroby. „Vždy sa musíte pozrieť na to, kedy bola batéria vyrobená. Ak rok ležal na polici v obchode, potom si môžete byť istý, že stratil kapacitu o 10-20%. Preto nikdy nekupujte batérie na budúce použitie. Soľ má najkratšiu trvanlivosť - asi dva roky; až päť rokov sa môže skladovať alkalické a až sedem - lítium,“ povedal obchodný asistent Artyom Novikov.

Akákoľvek nabíjateľná batéria – jednoducho batéria, má svoju životnosť, žiaľ, nič netrvá večne! Bežné kyselinové batérie však môžu mať pomerne veľký „nábeh“ z hľadiska prevádzky (niekedy dvakrát) - aký je však dôvod? Prečo niektoré batérie môžu fungovať takmer 10 rokov, zatiaľ čo iné sotva dosahujú 3 roky. Ukazuje sa, že existuje rozdiel a navyše to konkrétne ovplyvňuje životnosť našej batérie ...

Na začiatku článku chcem poznamenať, že dnes rozoberieme bežné kyselinové batérie, ale batérie AGM sú trochu iné.

Životnosť batérie je ovplyvnená mnohými rôznymi faktormi. Najmä tie externé, vymenujme ich bod po bode:

• Teplotný režim
• Verzia batérie
• Zdravie systému nabíjania auta
• unikajúci prúd
• mestské jazdenie
• Držiak batérie

Toto sú hlavné body, ktoré môžu predĺžiť životnosť vašej batérie a oveľa viac! Na začiatok však chcem hovoriť o kvalite batérií, ktoré sa v súčasnosti vyrábajú.

Kvalita a životnosť

Hneď na začiatku by som chcel povedať o kvalite moderných batérií, teraz sa nebudem dostávať do džungle so značkami. Chcem len podotknúť:

• Teraz sú tu naozaj slušné batérie, ktorí chodia 5 - 7 rokov , a možno aj viac. Je celkom jednoduché ich rozlíšiť, po prvé ide o známu značku a po druhé je to záruka 2 až 4 roky. Spravidla sa vyrábajú bezobslužnou technológiou, aby tam „neliezli“ ruky zvedavých majiteľov.
• Neexistujú ani veľmi dobré batérie, ich životnosť je obmedzená najlepší prípad – tri roky ! Na svoje produkty však poskytujú len 6-12 mesačný záručný servis.

Rozdiely medzi zlým a dobrým výrobcom spočívajú v samotných technológiách výroby batérií, niekde som čítal, že seriózne spoločnosti nešetria olovom na platne a tiež používajú vápnik a dokonca aj striebro na zníženie procesov elektrolýzy - takže zjavne trvajú dosť dlho! Ale tí, ktorí šetria, potom batérie budú fungovať veľmi málo, pretože v doskách je malé množstvo olova a po 2-3 rokoch sa začne rozpadať. Takže v (odporúčam vám prečítať si článok), musíte sa pozrieť na prvý prípad pre záruku a technológiu, už môžete pochopiť všetko.

No a teraz sa pokúsim rýchlo prejsť hlavné body, ktoré som naznačil vyššie.

Teplotný režim

Treba poznamenať, že veľa motoristov si myslí, že životnosť je ovplyvnená zimné obdobie, teda batéria « » stratí náboj a zlyhá. To je čiastočne pravda - hlavný problém je studená batéria, ani po naštartovaní sa normálne nenabije, kým jeho teplota nestúpne na kladnú značku. Preto krátke cesty môžu skutočne nepriaznivo ovplyvniť batériu, ale spravidla to robíme všetci (ako si myslím, že je správne), a preto sa nabíjanie normálne hromadí.

A tu je letný režim so svojím extrémom vysoké teploty, a pod kapotou môže byť všetko + 60, + 70 stupňov Celzia. Kompromisy, v lete nepotrebujete veľa energie na naštartovanie motora, ale v zime potrebujete minimálne o 30% viac! A keďže kapacita v lete klesla, je možné, že motor už nenaštartujete!

Verzia batérie

Písal som o tom v článku -. V skutočnosti, ak si vyberiete servisnú možnosť, buďte pripravení sa o ňu postarať! Pridajte destilovanú vodu, skontrolujte hustotu elektrolytu atď.! Ak „premeškáte“ okamih, batéria nemusí vydržať ani rok! V tomto smere je životnosť bezúdržbovej batérie oveľa dlhšia, stále sa oplatí ju kúpiť.

Zdravie systému nabíjania auta

Tu je potrebné zdôrazniť dva hlavné aspekty:

• Generátor - priamo ovplyvňuje činnosť batérie. Ak funguje vo svojom normálnom režime, potom je termín nominálny. Ak však začne zlyhávať, nedávať alebo nedávať nabíjanie, batéria sa začne viac vybíjať. Je to plné hlbokých výbojov a sulfatácie platní, pár troch hlbokých výbojov a vyhodiť batériu.

• Relé regulátora je malý, ale veľmi dôležitý mikroobvod, ktorý šetrí batériu pred prebíjaním. Generátor predsa nepozná mieru! Aby dobíjanie neprešlo a tento malý prvok je potrebný, predlžuje to aj životnosť batérie ().

Ak všetky systémy fungujú správne, môžete počítať s nominálnou životnosťou batérie, teda povedzme minimálne 5 - 7 rokov! Ale ak niečo nefunguje, kriticky to znižuje životnosť.

unikajúci prúd

Zariadenia tretích strán, ako sú rádiá alebo alarmy, ak nie sú správne pripojené, môžu vybiť batériu, zdá sa, že to nie je veľký únikový prúd, ale pár alebo tri dni a dokonca týždeň, a je to - a hlboký výboj! Preto, ak si všimnete, že po nočnom parkovaní sa štartér netočí tak svižne, stojí to za to. Potom to bez problémov odstránime, inak si za pár mesiacov kúpite novú batériu.

mestské jazdenie

Za zmienku tiež stojí, že batérie v mestách žijú menej! Ale prečo? ÁNO, všetko je jednoduché - v meste je veľa krátkych jázd, naštartovali ste auto, batéria dala energiu na naštartovanie, prešli ste len pár kilometrov a po 10 minútach ste sa dostali na dlhé parkovisko! Tak sa ukázalo - malý "podplatok"! Potom sa reštartovali a potom znova zastavili. Takéto podbitie vybíja batériu a napätie môže klesnúť na kritickú úroveň. Napríklad v zime nebudete môcť naštartovať auto - vybite batériu na nulu, a to je hlboké vybitie a sulfatácia.

Preto sa v záujme predĺženia životnosti oplatí aspoň raz za pár týždňov jazdiť s autom dlhšie ako 30 - 40 minút! Hoci ak stojíte dlho v dopravných zápchach so spusteným motorom, stačí to - koniec koncov, generátor sa točí.

Držiak batérie

Mnohí to možno nebudú považovať za dôležitý bod a budú sa mýliť! Pretože držiak je podľa môjho názoru jedným z najdôležitejších bodov - batéria môže pri ostrých zákrutách a iných manévroch vyletieť zo svojho miesta. A ak to nie je pevné, potom sa svorka na tele môže uzavrieť (povedzme kladne na zem). Buď sa môže terminál vôbec zlomiť, alebo zlomiť upevňovací bod v plastovom obale, čo tiež neprináša nič dobré! Táto batéria dlho nevydrží.

Pamätajte, že batéria musí byť dobre upevnená (usadená v zásuvke), najlepšie pomocou špeciálnych držiakov alebo iných svoriek.

• Neprevádzkujte vybitú alebo „vybitú“ batériu.
• V zime skúste batériu dobiť, po zahriatí motora ho nechajte 5 až 10 minút bežať s vypnutými elektrickými zariadeniami, napríklad po výlete.
• Ak máte mechanika, uľahčite si štartovanie motora zošliapnutím spojkového pedálu.
• Nepretáčajte štartér dlho! Pretože to jednoducho nereálne míňa veľa energie. Maximálne 4 - 5 sekúnd, pri jednom štarte! Ak auto nenaštartuje 4-krát, netlačte ďalej.
• Počas zimného obdobia. Pred naštartovaním je vhodné zapnúť svetlomety, spustí sa tým chemická reakcia v batérii a umožní jej rýchlejšie zahriatie. Svetlomety by mali svietiť 20 - 30 sekúnd, to stačí.
• Pravidelne kontrolujte puzdro batérie, čistite kontakty a puzdro od plaku.
• Pravidelne nabíjajte batériu. Aj keď svoje auto dokonale využívate, môže sa mu vybiť energia. Napríklad ideálne napätie je 12,7 V, ale často sa batéria na aute drží okolo 12,2 - 12,4 V. Je užitočné zvýšiť ho na 12,7 V, povedzme raz za mesiac.

Mimochodom, užitočné video na túto tému.

Uverejnil autor - , - 29. januára 2014

Pre jednoduchosť sme vytvorili kalkulačky:

A teraz uvádzame algoritmus výpočtu:

1) Určite celkový výkon záťaže a konštantný vybíjací prúd.

2) Vypočítame potrebnú kapacitu batérie pre danú autonómiu.

3) Určite typ batérie

Príklad

Vzhľadom na to: dva LED pásy s výkonom 10W a prevádzkou od 12V. Požadovaná autonómia: 10h. Životnosť: jeden rok pri každodennom používaní. Prevádzkové podmienky: stála izbová teplota 20 stupňov.

Nájsť: minimálne prípustné a optimálne akumulátory na riešenie problému.

Riešenie

1) Celkový výkon W=10W*2=20W. Konštantný vybíjací prúd: I=20/12=1,67A. Pre presné výpočty je žiaduce merať spotrebu prúdu pomocou multimetra.

2) Ak chcete určiť požadovanú kapacitu, prejdite cez body:

a) Aby sa záťaž udržala na takomto vybíjacom prúde, je potrebné určiť minimálnu vypočítanú kapacitu batérie: 1,67 * 10 = 16,7Ah.

b) Treba mať na pamäti, že kapacitu batérií udávajú výrobcovia na základe určitého času vybíjania. Zvyčajne je to 10 hodín. Niektorí výrobcovia však uvádzajú 20 hodín. Tu nám pomôže batéria, ktorú je možné prevziať na našej webovej stránke. Pozrime sa na špecifikáciu:

V našom prípade je výdrž batérie 10 hodín, čiže kapacitu môžeme považovať za rovnakú ako nominálna. Ak však úloha stojí 5 hodín, musíte počítať s tým, že pri takomto čase vybíjania bude kapacita batérie nižšia (vybíjací prúd vynásobíme hodinami - 4,8A * 5h = 24Ah namiesto 28 ).

V úlohe vidíme, že plánovaný počet cyklov, ktoré máme, je 365. Odhadovaná maximálna hĺbka výboja je v našom prípade asi 57 %. Je vhodné to brať s rezervou, budeme počítať s 50% vybitím (skutočné prevádzkové podmienky sú odlišné od ideálnych laboratórnych podmienok).

Preto zavádzame úpravu 0,5: 16,7 / 0,8 \u003d 33,4 Ah.

G) V prípade, že máme čo do činenia s prevádzkovou teplotou odlišnou od optimálnej (25 stupňov), je potrebné zadať korekčný faktor, ktorý môžeme prevziať aj zo špecifikácie:

Čiže pri teplote 10 stupňov treba zadať koeficient 0,9, t.j. +10 % navyše k vypočítanej kapacite.

3) Ak potrebujeme režimy dlhého vybíjania, mali by sme venovať pozornosť sérii batérií AGM od výrobcov populárnych na ruskom trhu:

• Batéria Delta - séria
• V CSB -

Pred popisom kalkulačky si zopakujeme terminológiu týkajúcu sa chemických zdrojov prúdu. Je to spôsobené nejednotnosťou a nejednotnosťou terminológie v tejto oblasti.

Terminológia

Jedna batéria- elektrochemický zdroj prúdu, pozostávajúci z telesa s elektródami a aktívnej hmoty. Batérie sa používajú na napájanie prenosných zariadení, ako sú elektrické baterky. Batérie majú zvyčajne napätie 1-3 V, v závislosti od typu chemickej reakcie v nich. Príkladom sú batérie (hovorovo - batérie) typu AAA, AA, C, D.

Batéria- skupina jednotlivých galvanických článkov, batériových článkov a iných elektrochemických zdrojov energie zapojených do série alebo paralelne a umiestnených v jedinom kryte, určených na napájanie rôznych zariadení. Napríklad autobatéria s napätím 12 V a kapacitou 45 Ah, zložená zo šiestich batériových článkov s napätím 2 V a kapacitou 45 Ah.
Batéria- hovorový názov pre jednotlivé galvanické alebo dobíjacie články, zvyčajne malých rozmerov, ako aj batérie z nich, napríklad 9-voltovú batériu Krona (šesť sériovo zapojených galvanických článkov), tužkovú batériu (jeden galvanický článok).

Blok (tiež skupina alebo banka) batérií alebo článkov- niekoľko elektrochemických zdrojov energie zapojených do série alebo paralelne vo forme batérií alebo samostatných prvkov, ktoré nemajú spoločnú skrinku a používajú sa na núdzové napájanie rôznych zariadení. Príkladom sady batérií je sada dvoch 12 V, 8 Ah batérií v neprerušiteľnom napájaní. Viac o paralelných a sériové pripojenie batérie a batérie - na konci tohto článku.

Vzorce a definície

Jedna batéria (článková)

Vzorce uvedené nižšie definujú vzťah medzi prúdom, ktorý batéria dodáva do záťaže, jej kapacitou a relatívnou rýchlosťou vybíjania:

ja bat - prúd v ampéroch, daný záťažou jednou batériou,

C bat je nominálna kapacita batérie v ampérhodinách (čo znamená súčin ampér krát hodiny), ktorá je zvyčajne vyznačená na batérii a

C rýchlosť - relatívna rýchlosť vybíjania batérie, definovaná ako vybíjací prúd delený teoretickým prúdom, ktorý môže batéria dodať počas jednej hodiny a úplne vyčerpať svoju kapacitu.

Pracovný čas t a relatívna rýchlosť vybíjania batérie (C-rate) sú nepriamo úmerné:

Všimnite si, že toto teoretický čas chodu. V dôsledku rôznych vonkajších faktorov bude skutočný prevádzkový čas približne o 30 % kratší ako vypočítaný pomocou tohto vzorca. Treba tiež poznamenať, že povolená hĺbka vybitia batérie ďalej obmedzuje jej prevádzkovú dobu.

Nominálna energia uložená v batérii vo watthodinách vypočítané podľa vzorca

E bat je nominálna energia uložená v batérii vo watthodinách,

V bat - menovité napätie batérie vo voltoch

C bat – menovitá kapacita batérie v ampérhodinách (Ah)

Energia v jouloch(watt-sekundy, W-s) sa vypočíta podľa vzorca

Je známe, že pri sile prúdu jeden ampér cez priečny rez Vodič prejde nábojom jedného prívesku za jednu sekundu. v dôsledku toho nabitie batérie sa určuje z výrazu Q = I t berúc do úvahy známu kapacitu batérie v ampérhodinách, ktorá určuje prúd dodávaný batériou do záťaže po dobu 3600 sekúnd:

Q bat - nabíjanie batérie v coulombách (K) a

C bat je nominálna kapacita batérie v ampérhodinách.

Balenie batérií

Menovité napätie akumulátor vo voltoch je určený vzorcom

V bat je menovité napätie batérie vo voltoch,

V banka - menovité napätie akumulátora vo voltoch

N s je počet batérií v jednej z niekoľkých skupín sériovo zapojených batérií

Kapacita batéria v ampérhodinách, C banka je určená vzorcom

Menovitá energia vo watthodinách E banka , uložená v batérii, je určená vzorcom

E bat - nominálna energia jednej batérie,

N s je počet batérií v skupine batérií zapojených do série a

N p je počet skupín batérií zapojených do série zapojených paralelne

Energia v jouloch vypočítané podľa vzorca:

Tu E banka, Wh - nominálna energia akumulátora vo watthodinách.

Nabíjanie v coulombách balenie batérií Q banka je definovaná ako súčet nabití všetkých batérií v bloku:

Vybíjací prúd balenie batérií ja banka sa vypočíta podľa vzorca:

Pracovný čas balenie batérií t banka sa určuje podľa vzorca:

Špecifikácie batérie

Pri výbere batérie sa berú do úvahy nasledujúce vlastnosti:

• Typ batérie (článku).
• Typ chemickej reakcie batérie (článku)
• Napätie
• Kapacita
• Relatívna rýchlosť vybíjania
• Prípustná hĺbka vybitia
• Závislosť kapacity od relatívnej rýchlosti vybíjania
• Špecifická spotreba energie (na jednotku hmotnosti)
• Energetická náročnosť (na jednotku objemu)
• Špecifický výkon (na jednotku hmotnosti)
• Rozsah prevádzkových teplôt
• Prípustná hĺbka vybitia
• Veľkosť a hmotnosť

Niektoré z týchto charakteristík sú diskutované nižšie.

Typ batérie

Existujú dve hlavné kategórie článkov a batérií: primárne (jednorazové) a sekundárne (nabíjateľné batérie).

Primárne zdroje prúdu

Ide o chemické zdroje prúdu bez spoľahlivej možnosti ich dobíjania. Po použití sa takéto zdroje zlikvidujú. Príkladom primárnych zdrojov prúdu sú mangán-zinok s uhlíkovou tyčinkou (soľou) a alkalickými prvkami.

Sekundárne zdroje prúdu

Sekundárne zdroje prúdu (články alebo batérie) sú batérie, ktoré sú určené na veľký počet dobití (až 1000-krát). V nich sa energia elektrického prúdu premieňa na chemickú energiu, ktorá sa hromadí a neskôr sa môže premeniť späť na elektrický prúd. Najznámejším a najstarším typom batérie je olovená alebo kyselinová. Ďalšie bežné batérie sú nikel-kadmiové (NiCd), nikel-metalhydridové (NiMH), lítium-iónové (Li-Ion) a lítium-polymérové ​​(LiPo) batérie.

Špecifická energetická náročnosť (na jednotku hmotnosti) a hustota energie na jednotku objemu

Špecifická energia na jednotku hmotnosti batérie sa meria v jednotkách energie na jednotku hmotnosti. V SI sa meria v jouloch na kilogram (J/kg). Pre batérie sa bežne používajú watty na kg (W/kg). Hustota energie na jednotku objemu je množstvo energie uloženej v batérii na jednotku objemu. Meria sa vo watthodinách na liter (Wh/l).

Bohužiaľ, špecifický energetický obsah batérií je relatívne malý v porovnaní s energetickým obsahom benzínu. Zároveň je merný energetický obsah novo vyvinutých lítium-iónových batérií štyrikrát vyšší ako u olovených batérií. Elektrické vozidlá s takýmito batériami sú už dostatočne pohodlné na každodenné používanie. Lítium-polymérové ​​batérie majú najvyššiu hustotu energie, a preto sú široko používané v lietadlách s diaľkové ovládanie(drony).

Typ chemickej reakcie batérie

Alkalické batérie

Hoci alkalické batérie existujú už viac ako 100 rokov, sú najbežnejším typom jednorazového prenosného zdroja energie. Menovité napätie alkalického článku je 1,5 V a kapacita alkalického článku AA dosahuje 1800-2600 mAh. Ak skombinujete niekoľko týchto článkov do jedného balenia, môžete získať batériu 4,5 V (z troch článkov), 6 V (zo štyroch článkov) a 9 V (zo šiestich článkov). 9 V batérie (typu Krona - podľa uhlíkovo-zinkových batérií vyrábaných v ZSSR), vyvinuté pre prvé tranzistorové rádiá, sa dnes používajú do prenosných rádií, detektorov dymu a diaľkových ovládačov modelov. Ich kapacita je veľmi malá, len okolo 500 mAh. Špecifická energetická náročnosť alkalických prvkov je 110–160 Wh/kg.

Mangánovo-zinkové batérie

Mangánovo-zinkové (tiež uhlíkovo-zinkové alebo soľné) primárne batérie boli vynájdené v roku 1886 a používajú sa dodnes. Menovité napätie takéhoto prvku je 1,5 V, kapacita prvku typu AA je 400–1700 mAh. Mangánovo-zinkové články a batérie sú dostupné v rovnakých veľkostiach ako alkalické. Ich merná energetická kapacita je 33–42 Wh/kg, čo je približne trikrát menej ako energetická kapacita alkalických batérií. Vďaka nízkej spotrebe energie sa používajú len tam, kde nie je potrebné dodávať veľký prúd do záťaže alebo ak sa zariadenia často nepoužívajú, napríklad v ústredniach či hodinkách.

Kyslé batérie

Kyslé (alebo olovené) batérie sú lacné, dostupné a široko používané v automobiloch, iných zariadeniach, zdrojoch neprerušiteľného napájania a iných zariadeniach. Napätie na kyselinovom článku je 2 V. Batéria má zvyčajne 3, 6 alebo 12 článkov, čo umožňuje získať 6,12, respektíve 24 V. Olovené batérie sú vhodné v prípadoch, kde nezáleží na ich veľkej hmotnosti. Merná spotreba energie olovených batérií je 33–42 Wh/kg.

Nikel-kadmiové batérie

Nikel-kadmiové (NiCd) batérie (sekundárne) boli vynájdené pred viac ako 100 rokmi a až koncom 90. rokov. v minulom storočí sa namiesto nich začali vo veľkom používať nikel-metal hydridové a lítium-iónové batérie. Napätie nikel-kadmiového článku je 1,2 V, merná spotreba energie je 40–60 Wh/kg.

Nikel-metal hydridové batérie

Nikel-metal hydridové batérie (sekundárne) boli vynájdené relatívne nedávno – v roku 1967. Ich objemová energetická kapacita je oveľa vyššia, oveľa vyššia ako u nikel-kadmiových batérií a približuje sa energetickej kapacite lítium-iónových batérií. Menovité napätie prvku je 1,2 V, merná spotreba energie je 60–120 Wh/kg. Hustota výkonu 250 – 1000 W/kg NiMH batérií je tiež oveľa vyššia ako pri 150 W/kg NiMH batérií.

Lítium-polymérové ​​batérie

Lítium-iónové polymérové ​​(alebo lítium-polymérové, LiPo) batérie používajú gélový polymérny elektrolyt. Vďaka ich vysokému špecifickému energetickému obsahu 100 – 265 Wh/kg sa používajú v aplikáciách, kde je dôležitá nízka hmotnosť. Patria sem mobilné telefóny, diaľkovo ovládané lietadlá (drony) a tabletové počítače. Vďaka vysokej hustote energie sú LiPo batérie náchylné na prehrievanie a prebíjanie. tepelný útek, čo môže spôsobiť únik elektrolytu, výbuch a požiar. Uvedomte si tiež, že tieto batérie sa pri skladovaní v plne nabitom stave rozťahujú, čo môže spôsobiť praskliny v prípade zariadenia, v ktorom sú nainštalované.

Lítium-železofosfátové batérie

Lítium-železnaté fosfátové batérie (sekundárne napájacie zdroje, LiFePO₄) sú lítium-iónové batérie, ktoré používajú lítium-železnatý fosfát LiFePO₄ ako katódu a kovovú grafitovú elektródu ako anódu. Je to relatívne Nová technológia, vyvinutý začiatkom roku 2000, má oproti tradičným lítium-iónovým batériám množstvo výhod a nevýhod. Napätie článku je 3,2 V a pretože je veľmi vysoké v porovnaní s inými typmi chémie lítium-iónovej technológie, na dosiahnutie menovitého napätia 12,8 V sú potrebné iba štyri články. Počas procesu vybíjania je napätie na týchto batériách veľmi stabilné, čo umožňuje získať takmer plný výkon z batérie počas jej vybíjania. LiFePO₄ batérie majú špecifický energetický obsah 90–110 Wh/kg. Lítium-železofosfátové batérie sa používajú v elektrických bicykloch, elektrických vozidlách, zapnuté baterky solárne panely, v elektronické cigarety a lampáše. Lítium-železofosfátová batéria 14500 má rovnaké geometrické rozmery ako AA batéria. Jeho napätie je však 3,2 V.

Napätie batérie

Napätie batérie je určené typom chemického procesu použitého v článkoch, ako aj počtom článkov zapojených do série. V tabuľke nižšie sú uvedené napätia rôznych primárnych a sekundárnych prvkov.

Ak je batéria galvanických článkov vyrobená z niekoľkých článkov zapojených do série, jej napätie môže byť 4,5 V, 12 V, 24 V, 48 V atď.

Kapacita batérie

Kapacita batérie je množstvo elektriny (nabitia), ktoré môže batéria použiť na vytvorenie elektrického prúdu v záťaži pri jej menovitom napätí. Upozorňujeme, že kapacita batérie a elektrická kapacita sa líšia fyzikálnych veličín. Kapacitu batérií možno merať v jednotkách elektrického náboja - coulomby (C) a kapacitu kondenzátora v jednotkách elektrickej kapacity - faradoch (1 F = 1 C / V). V praxi je však pohodlnejšie merať kapacitu batérie v ampérhodinách (Ah alebo Ah) alebo miliampérhodinách (mAh alebo mAh, 1 mAh = 1000 Ah). Táto jednotka neberie do úvahy napätie na batérii alebo článku, ale je to výhodné vzhľadom na to, že články s rovnakým typom chemickej reakcie majú vždy rovnaké napätie. Nominálna kapacita batérie sa často vyjadruje ako 20 hodín vynásobených množstvom prúdu, ktorý je čerstvo nabitá batéria schopná dodať do záťaže po dobu 20 hodín pri izbovej teplote. Skutočná (nie nominálna) kapacita akejkoľvek batérie závisí od záťaže, teda od prúdu, ktorý batéria dáva záťaži, alebo od relatívnej rýchlosti jej vybíjania. Čím vyššia je rýchlosť vybíjania, tým nižšia je skutočná kapacita batérie.

Kapacita batérie sa môže merať aj v jednotkách energie nazývaných watthodiny (Wh alebo Wh). Merač vo vašom byte meria spotrebovanú elektrinu v kilowatthodinách (kWh), teda v takmer rovnakých jednotkách, len tisíckrát väčších. 1 kWh = 1000 Wh. Ak chcete získať kapacitu batérie v jednotkách energie, musíte kapacitu v ampérhodinách vynásobiť menovitým napätím. Napríklad 12V 8Ah batéria, ktorá sa často používa v malých neprerušiteľných zdrojoch energie, dokáže uložiť 12 x 8 = 96 Wh energie.

V tabuľke nižšie je uvedená nominálna kapacita 1,5V galvanických batérií a 1,2V AA batérií:

Relatívna rýchlosť vybíjania batérie

Relatívna rýchlosť vybíjania batérie (angl. C-rate, C-rating) je definovaná ako vybíjací prúd delený teoretickým prúdom, pri ktorom bude menovitá kapacita batérie úplne vyčerpaná do jednej hodiny. Ide o bezrozmernú veličinu, označovanú písmenom C (z anglického charge - charge). Napríklad batéria s nominálnou kapacitou C bat \u003d 8 Ah, keď sa vybije rýchlosťou 2C, využije svoju menovitú kapacitu na vytvorenie prúdu v záťaži ja bat = 16 A počas 0,5 hodiny. Vybitie 1C pre rovnakú batériu znamená, že spotrebuje svoju menovitú kapacitu na vytvorenie prúdu v záťaži ja bat = 8 A počas jednej hodiny. Všimnite si, že relatívna rýchlosť vybíjania je bezrozmerná veličina, napriek tomu C bat sa vyjadruje v ampérhodinách a ja bat je v ampéroch. Upozorňujeme tiež, že batéria dodá záťaži menej energie, keď sa vybíja rýchlejšie.

Hĺbka vybitia batérie

Celková energia uložená v batérii sa často nedá plne využiť bez poškodenia batérie. Niekedy je v ňom uvedená aj povolená hĺbka vybitia batérie (DOD - hĺbka vybitia). Technické špecifikácie a určuje percento energie, ktoré možno odobrať z batérie. Napríklad olovené akumulátory určené na štartovanie motora auta nie sú určené na hlboké vybitie vysokým štartovacím prúdom, ktorý ich môže ľahko poškodiť. Tenké platne inštalované v takýchto batériách, ktoré umožňujú veľký povrch elektród, a teda maximálny prúd, môžu byť ľahko poškodené hlbokým vybitím, najmä ak sa takýto výboj s veľkým štartovacím prúdom často opakuje. Niektoré batérie sú podľa špecifikácie vybité len na 30 %. To znamená, že len 30 % ich kapacity je možné využiť na napájanie záťaže.

Zároveň sa olovené akumulátory vyrábajú s hrubšími platňami, ktoré sú určené na pravidelné nabíjanie-vybíjanie. Takéto batérie sa používajú v solárnych paneloch a elektrických vozidlách.

Sériové a paralelné pripojenie napájacích článkov a batérií v batériových blokoch

Akumulátorové sady sa používajú, keď je na rovnaký účel potrebné pripojiť viacero batérií. Spojením batérií do bloku je možné zvýšiť napätie, prúd dodávaný do záťaže alebo oboje. Na pripojenie batérií k bloku sa používajú tri spôsoby pripojenia:

• Paralelné
• Sekvenčné
• Sériové a paralelné

Pri kombinovaní batérií do balenia je potrebné mať na pamäti niekoľko dôležitých vecí. V súprave batérií by ste nemali používať iba batérie rovnakej kapacity a typu, ale batérie od rovnakého výrobcu a z rovnakej šarže. Batérie sa samozrejme nedajú spájať odlišné typy chemická reakcia. Rôzne batérie prepojené budú chvíľu fungovať, ale ich život sa drasticky skráti. Ak sú kapacity batérií rozdielne, jedna batéria sa vybije rýchlejšie ako druhá, čím sa opäť skráti ich životnosť.

O sériové zapojenie batérií do bloku celkové napätie je súčtom napätí jednotlivých batérií a ampérhodinová kapacita zostáva rovnaká ako kapacita jednej batérie. Do série môžete zapojiť napríklad dve batérie s napätím 12 V a kapacitou 10 Ah. V tomto prípade sa celková kapacita bude rovnať rovnakým 10 Ah, ale napätie sa zdvojnásobí a bude rovné 24 V. Pri sériovom zapojení krátky hrubý prepojovací kábel spája záporný pól prvej batérie s kladným pólom druhej batérie, záporný pól druhej batérie ku kladnému pólu tretích batérií atď. Potom sú extrémne svorky bloku (jedna kladná, druhá záporná) pripojené k záťaži.

O paralelné pripojenie batérie v balení, ich napätie zostáva rovnaké ako napätie jednej batérie a kapacita a maximálny prúd v záťaži sa zvyšujú. Ak chcete batérie pripojiť paralelne, použite hrubé prepojovacie vodiče na pripojenie všetkých kladných pólov, ako aj záporných pólov - kladného ku kladnému, záporného k zápornému. Na vyrovnanie záťaže pripojte kladný záťažový vodič k káblu akumulátora na jednom konci a záporný záťažový vodič k akumulátorovému káblu na druhom konci. Paralelne sa tak dajú zapojiť napríklad dve 12-voltové batérie s kapacitou 10 Ah. Výsledná batéria bude mať celkovú kapacitu 20 Ah pri 12 V.

Ak potrebujete zvýšiť kapacitu aj napätie naraz, môžete použiť paralelné sériové pripojenie. Napríklad, ak máte šesť rovnakých 10Ah, 12V batérií, môžete zapojiť dve skupiny troch batérií do série a potom zapojiť dve skupiny paralelne. Nová batéria bude mať kapacitu 20 Ah pri 36 V.

Ktoré čas vybitia batérie- to je zaujímavé pre mnohých majiteľov automobilov. Najmä ak sa ráno ukázalo, že zabudol vypnúť svetlo a pri pokuse o naštartovanie motora sa ukázalo, že batéria je úplne vysadená. Vtedy vyvstáva otázka: „Mohla vnútorné alebo bočné svetlo vysadiť batériu alebo je to nejaký druh?“. Pri pohľade do budúcnosti je odpoveď jednoznačná – samozrejme mohla, najmä ak je zima a batéria nemala 100% nabitie.

Aby sa nezačalo doslova za deň, stačí mať únik prúdu 100 a viac miliampérov, o zdroji spotreby 400-700 mA nehovoriac. Môžete si to overiť výpočtom nominálneho času vybitia autobatérie. Výpočtový vzorec vyzerá takto:

T = Kapacita (batérie) / Spotrebiteľský prúd

Naša online kalkulačka vám umožní vypočítať, ako dlho vydrží batéria so zapnutým zdrojom prúdu, keď ste ju náhodou zabudli alebo úmyselne nechali fungovať. Výpočet sa vykoná s prihliadnutím na nominálnu kapacitu batérie, výkon spotrebiča a prirodzený únik prúdu v pokoji.

Pri nízkej spotrebe prúdu môže priestranná batéria poskytnúť dlhší prevádzkový čas. Prirodzene, čím väčšia je kapacita batérie, tým dlhší je prevádzkový čas, ale potom bude nabíjanie generátora trvať dlhšie. Takže výlet na krátku vzdialenosť mu nedovolí rýchlo sa zotaviť. AT zimný čas to môže viesť k .

Doba vybitia batérie

Ako vypočítať čas vybitia batérie je možné pochopiť preskúmaním konkrétneho príkladu. Predpokladajme, že v palubnej sieti automobilu je zahrnutý spotrebiteľ s výkonom 120 wattov. Podľa Ohmovho zákona sa dá vypočítať, že z batérie vysáva 10A za hodinu. To znamená, že ak je v aute batéria s kapacitou 55 Ah, jej úplné vybitie netrvá dlhšie ako 5,5 hodiny. Ale to je len približný výpočet, keďže sú tu ešte ďalšie faktory, ktoré ovplyvnia aktuálnu spotrebu. Všimnite si, že na to, aby sa auto nenaštartovalo, stačí 15-25% zostatku, a to sú 4 hodiny.

Tabuľka doby vybitia batérie pri minimálnej spotrebe:

Percento vybitia (%)	10	20	30	40	50	60	70	80	90	100
Čas vybíjania (h)*	7	14	20	26	32	39	45	52	58	64

* Pre výpočet boli brané minimálne hodnoty úniku prúdu 20 mA a výkon 10W autožiarovky z batérie s kapacitou 55Ah.

Údaje o výdrži batérie 20 hodín, ktoré sú uvedené na jej štítku, vychádzajú z prúdu rovnajúceho sa 0,05 jej kapacity.

Prípustné vybitie batérie

Prípustné vybitie autobatérie do 30% jej pôvodnej kapacity (napätie nie nižšie ako 11,8V). Všimnite si, že na tejto úrovni môžete naštartovať motor iba pri plusových teplotách. V zime nedovoľte ani 50% percenta vybitia (12,1V).

Ako používať kalkulačku času vybitia

Pomocou základného vzorca môžete na bežnej kalkulačke vypočítať, ako dlho batéria vydrží, musíte však poznať presnú hodnotu spotreby energie a pridať k nej únik. Preto oveľa rýchlejšie zistíte čas vybitia batérie v závislosti od záťažového prúdu zaškrtnutím potrebných spotrebiteľov. Na výpočet potrebujete:

1. Do poľa „Kapacita batérie“ zadajte hodnotenie batérie.
2. V bunke "" môžete zadať priemer - 25-35 mA a kontrolou pomocou multimetra. Počítať prípustnú hodnotu, prosím použite . Ktorý, v závislosti od toho, akých spotrebiteľov máte, ukáže predpokladanú normálnu hodnotu úniku v pokoji.
3. Označte začiarkavacie políčka (vyberte zo zoznamu) potrebných spotrebiteľov, ktorých zahrnutie spôsobilo vybitie (alebo je potrebné vypočítať prevádzkovú dobu batérie). Výkon žiaroviek je navrhnutý pre štandardný výkon.
4. V poli "Spotrebiteľský výkon" sa údaj zmení v závislosti od zvolených zdrojov. Alebo môžete zadať známe číslo vo wattoch alebo sile prúdu – ampéroch.
5. Stlačením tlačidla " Vypočítajte» získate časový výsledok v hodinách.

Tento výpočet doby vybitia batérie je približný, pretože chemické a elektrické procesy v batérii nie sú plne prístupné dôslednej matematickej analýze.

Na porovnanie, akú silu má konkrétny spotrebiteľ, môžete vziať údaje z tabuľky.

Tabuľka aktuálnych spotrebiteľov v aute

Spotrebiteľ	Výkon, W)	Požadovaný prúd (A)
Predné rozmery	5x2	1-2
diaľkové/stretávacie svetlá	55x2	7-10
PTF	55x2	7-10
Zadné hmlové svetlo	21x2	2–3,5
parkovacie svetlá	5x2	1-2
Zadné rozmery	5x2	1-2
Osvetlenie ŠPZ	2	0,17
Stop signál	5x2	1-2
Audio systém	5-25	0,5-2
Stierače	60	5
Vyhrievanie skla	120	5-10
Vyhrievané sedadlá	85-160	7-14
ventilátor sporáka	80-200	6-16
Ohrievač	60-120	5-10
Zapaľovanie	20	2-4
Riadenie motora (ECU)	10	1-2