Емкость аккумулятора остаточная: Как определить оставшийся срок службы (остаточный ресурс) аккумуляторной батареи (АКБ)?

Как определить оставшийся срок службы (остаточный ресурс) аккумуляторной батареи (АКБ)?

Чтобы система бесперебойного питания не подвела в самый неподходящий момент, необходимо, чтобы все аккумуляторные батареи были в рабочем состоянии. Но как их проверить? Как убедиться, что установленные АКБ ещё не исчерпали свой остаточный ресурс? Как правильно оценить их оставшийся срок службы?

Как определить оставшийся срок службы (остаточный ресурс) аккумуляторной батареи (АКБ)?

Строго говоря, самый правильный ответ вопрос, поставленный в такой форме – «никак». Ни один из приборов и методов не позволяет дать точный прогноз того, сколько еще проработает батарея и в какой именно момент она выйдет из строя. Причем касается это как обслуживаемых батарей (хотя в их отношении диапазон принимаемых мер несколько шире), так и необслуживаемых. При этом по всему миру обслуживаемые батареи используются все меньше, в то время как популярность необслуживаемых АКБ растет практически во всех областях применения.

Методом полного заряда/разряда батареи можно определить остаточную емкость аккумулятора в ампер-часах. Это достоверный метод, но даже он при однократном проведении не даст информации о том, сколько еще проработает батарея. Составить прогноз «времени дожития» можно только в том случае, если измерения проводятся на регулярной основе, их результаты сопоставляются между собой – т. е. оценивается динамика изменений. Однако полный заряд/разряд – процедура весьма продолжительная, и проводить ее регулярно (особенно при значительном количестве батарей) вряд ли возможно.

Как определить срок службы аккумуляторной батареи?

Однократный краткосрочный тест тем более не дает достоверной информации об остаточном ресурсе. Говорить о точном определении остаточной емкости в этом случае вообще не приходится – слишком разные существуют варианты аккумуляторов, чтобы существовала единая методика определения этого параметра. Можно измерить напряжение, но как сделать выводы на основе этих показаний, если уже частично деградировавший элемент выдает такое же напряжение, что и соседние? Возникает вопрос, можно ли вообще что-либо сказать о текущем состоянии АКБ при помощи быстрых измерений, или остается примириться с тем, что со временем, неизвестно в какой момент батарея выйдет из строя и ее придется менять? А ведь последствия такого события могут оказаться очень тяжелыми. Для ряда объектов: ЦОДов, подстанций, аэропортов, предприятий нефтегазовой отрасли, энергетики, медицинских учреждений и других, работа которых должна быть бесперебойной – подобные аварии просто неприемлемы, их необходимо предотвращать, а не устранять последствия.

Существует несколько базовых стратегий в работе с АКБ:

  1. Менять батарею только тогда, когда она выйдет из строя или полностью утратит емкость. Средства на проверку состояния батарей не затрачиваются, однако весь риск неблагоприятных последствий в случае сбоя ложится на владельца объекта или предприятия. Потери от одного сбоя могут многократно превысить всю «экономию» на тестировании батарей.

  2. Менять батареи по истечении определенного времени эксплуатации, независимо от их состояния. Средства на проверочные мероприятия также не затрачиваются, однако остается риск сбоя, если батарея утратит рабочие свойства раньше ожидаемого срока. Кроме того, качественные батареи часто могут работать продолжительное время и после того, как заявленный производителем срок службы (гарантийный период) истек. При таком подходе даже исправные батареи будут изыматься из эксплуатации, вызывая неоправданный рост расходов.

  3. Проводить регулярное тестирование АКБ, идентифицируя батареи, которые демонстрируют начало деградации. Им заблаговременно заказывается замена, она производится тогда, когда скорость деградации увеличится, но до наступления сбоя дело не доходит.

Как определить остаточный ресурс АКБ?

Наиболее экономически целесообразный подход, используемый сегодня в Европе и США состоит в том, чтобы при помощи тестов, не занимающих много времени и не требующих больших затрат, регулярно (раз в квартал, полгода, год) измерять доступные параметры, документировать результаты, сопоставлять их и отслеживать ситуацию в динамике – каждый блок, каждую батарею. В этом случае по любой из батарей можно заметить момент, когда началась деградация. Пока процесс развивается медленно, за ним можно просто следить, продолжая эксплуатацию, и заменить АКБ тогда, когда свой основной ресурс она выработала, но еще не пришла в полную негодность. Фактически, это скорее организационные меры, чем технические – комплекс мероприятий, нацеленный на максимально полное использование ресурса батарей, при том, что риск аварий и, соответственно, негативных последствий минимизируется.

Как определить оставшийся срок службы АКБ исходя из внутреннего сопротивления?

Деградации подвержены любые батареи. Причины могут быть разными (повышенные температуры, истечение электролита, сульфатация в результате многократных перезарядок, понижение нагрузки и сеточная коррозия – в зависимости от типа и модели АКБ), но в любом случае это отражается на внутреннем сопротивлении элементов батареи. У штатно работающих батарей со временем из-за естественного износа внутреннее сопротивление начинает расти. Когда отклонение от базового уровня превышает 25%, батарею пора заменить (у некоторых батарей пороговый уровень выше – отклонение порядка 50% – но лучше проверить это значение по спецификациям производителя батареи). Существенное отклонение об нормы в меньшую сторону свидетельствует о явной неисправности, такую батарею необходимо заменить независимо от срока ее использования.

оставшийся срок службы (остаточный ресурс) аккумуляторной батареи

Строго говоря, полный импеданс включает в себя внутреннее сопротивление, индуктивную и реактивную составляющую. Однако с технологической точки зрения для оценки АКБ достаточно измерять только активную составляющую – внутреннее сопротивление адекватно отражает рабочее состояние батареи. Это вполне надежный индикатор деградации, к тому же на его измерение требуется всего несколько секунд. Подобные тесты не требуют лабораторной точности, но важно проводить их регулярно и сопоставлять результаты, полученные в разное время. По этому критерию можно быстро определить, годна батарея к дальнейшему использованию или нет. Для подобных измерений существует не так много приборов. Одни из самых популярных – семейство тестеров аккумуляторных батарей Fluke BT500 (модели BT510, BT520 и BT521).

Чтобы измерить внутреннее сопротивление тут используется 2 щупа. Приборы подают малый переменный ток, имеющий частоту 1000 Гц. Сила тока настолько мала, а частота подобрана таким образом, что измерение можно проводить прямо в ходе нагрузки, на запитываемое оборудование это никак не повлияет. Можно проводить тесты и без нагрузки. Прибор проводит измерение напряжения, производит расчет сопротивления и выводит результат на экран.

Как оценить оставшийся срок службы (остаточный ресурс) АКБ?

Поскольку внутреннее сопротивление исчисляется в миллиомах, для измерения используется 4-проводное подключение Кельвина, в отечественной электротехнической литературе более известное под названием двойного измерительного моста Томсона. 4 точки подключения обеспечиваются за счет конструкции щупов: каждый из них имеет двухконтактный наконечник, центральный контакт подпружинен и при надавливании утапливается внутрь. В результате каждый щуп соприкасается с поверхностью двумя контактами, реализуя 4-проводную схему подключения и обеспечивая более точное измерение внутреннего сопротивления батареи.

Определяем остаточный ресурс аккумуляторной батареи АКБ с помощью тестера

В зависимости от модели прибора и доступных аксессуаров возможно одновременное определение температуры на отрицательной клемме аккумуляторной батареи – для этого используется выносной щуп BTL21 со встроенным ИК-датчиком (см. таблицу «Функции и аксессуары», комплектация зависит от модели прибора). Все измерение занимает 4 секунды. Результаты выводятся на ЖК-дисплей тестера, сохраняются в памяти для последующей загрузки на ПК через порт USB и подготовки отчета при помощи входящего в комплект программного обеспечения.

Тесты проводятся быстро не только за счет скорости измерения самого прибора, но и благодаря наличию удобных щупов, к которым предусмотрены удлинители различного размера. Результаты можно не просто сохранять (в том числе автоматически), но и подразделять на группы в соответствии с количеством блоков и батарей в них, чтобы информация была представлена в четко структурированном виде. Скриншот показывает экран прибора при последовательном измерении: три батареи из 32 уже протестированы, их результаты сохранены, по четвертой выполняются измерения (результаты на экране) и будут сохранены по нажатию кнопки

Save, остальные ячейки пусты для последующих измерений.

Как определить оставшийся срок службы (остаточный ресурс) аккумуляторной батареи (АКБ): показания тестера

Затраты времени на измерительные процедуры для всех 100% аккумуляторных батарей на объекте не выходят за рамки разумного, в результате сопоставление полученных в разное время данных позволит определить, в каких батареях деградация только началась, а в каких достигла уровня, когда их необходимо заменить, не дожидаясь фатального сбоя.

При массовых измерениях наконечники щупов изнашиваются, но все компоненты и измерительные провода могут быть своевременно заменены на аналогичные. Можно заменять только наконечники с подпружиненными контактами. При замене тестового щупа необходимо провести калибровку нуля прибора, для этого в комплекте предусмотрена калибровочная пластина (кассета сопротивлений). Операция выполняется самим пользователем (в отличие от поверки, которая выполняется в сертифицированной организации. Приборы Fluke BT500 внесены в Государственный реестр средств измерений, на них есть методика поверки и сертификаты установленного образца. Межповерочный интервал – 1 год).
 

Калибровка тестера для проверки АКБ

Можно изначально держать в запасе дополнительный комплект щупов, а также измерительные провода для режима мультиметра и (в зависимости от модели) токовые клещи. Эти аксессуары позволят дополнить измерения внутреннего сопротивления другими тестовыми функциями. Возможна оценка тока пульсации (присутствие переменной составляющей в постоянном напряжении более 5% может служить симптомом – высокое значение пульсации приводит к перегреву и потере энергии). Можно отслеживать падение напряжения при разряде (измерения проводятся многократно в ходе процесса разрядки).

Сравнительные возможности тестеров АКБ серии Fluke BT 500

 

Функции и аксессуары

Fluke BT510

Fluke BT520

Fluke BT521

Измерение внутреннего сопротивления (активной составляющей, мОм)

Измерение напряжения батареи

Многократное измерение напряжения в ходе разрядки

Измерение пульсирующего напряжения (переменная составляющая в постоянном напряжении)

Температура отрицательного полюса АКБ

 

 

Режим мультиметра

Режим однократных и последовательных измерений

Задание пороговых значений

Функция автоматического сохранения измерений

Просмотр памяти

Беспроводная связь

 

 

Интерактивный тестовый зонд BTL20 с ЖК-дисплеем и динамиком, длинные и короткие удлинители, без датчика температуры

 

 

Интерактивный тестовый зонд BTL21 с ЖК-дисплеем и динамиком, длинные и короткие удлинители, ИК-датчик температуры

 

 

Токовые клещи i420 переменного и постоянного тока

 

 

Калибровочная пластина (кассета сопротивлений)

Необходимо подчеркнуть – приборы Fluke BT500 не дают информацию об остаточной емкости батарей, в результатах не фигурируют ампер-часы. Принципиальная позиция производителя состоит в том, что точно определить емкость можно только при полном заряде/разряде АКБ, а при быстром измерении точно сделать это нельзя в принципе, поскольку конструкции батарей и проходящие в них физико-химические процессы неодинаковы. Внутреннее сопротивление напрямую от остаточной емкости не зависит. Однако оно служит надежным критерием, позволяющим отличить батареи, годные к дальнейшему использованию, от тех, которые необходимо заменить. При регулярном тестировании риск сбоя сводится к минимуму, а на объекте обеспечивается бесперебойное функционирование систем, в которых используются АКБ.

Стандарты проверки аккумуляторных батарей

Остаточный ресурс аккумуляторной батареи (АКБ): стандарты

Существует несколько стандартов, регламентирующих процедуры проверки АКБ в зависимости от их типа (IEEE 450 и IEEE 1188 для стационарных свинцово-кислотных батарей, IEEE 1106 для никель-кадмиевых, есть и другие), но в основных положениях они сходятся:

  1. При первоначальной установке батарей необходимо произвести испытания на разряд (проверка емкости батарей). Их может выполнять изготовитель на производственной площадке, предоставляя затем заказчику документацию, либо приемочные испытания проводятся на объекте. Чем детальнее предоставит информацию по батареям производитель, тем лучше – с этими данными можно будет сопоставлять результаты измерений, проведенных на различных этапах эксплуатации.

  2. В тот же период первоначальной установки проводится тестирование внутреннего сопротивления батарей, чтобы определить их базовые параметры. Данные фиксируются для каждой батареи, в каждом блоке, и хранятся в виде сводных отчетов для будущего сопоставления.

  3. Процедуры 1 и 2 необходимо повторять не реже 1 раза в 2 года для большинства систем, охватываемых гарантией – как правило, это одно из условий для продолжения действия гарантии.

  4. Для большинства АКБ тестирование внутреннего сопротивления следует проводить не реже, чем раз в квартал. В некоторых случаях, если так предусмотрено производителем, батареи проверяются по годичному циклу, но для большинства моделей и типов проверка имеет квартальный график. На объектах, работа которых особо критична, может быть принят свой внутренний регламент, предусматривающий тестирование чаще, каждые 1-2 месяца.

  5. В графике проверок учитывается заявленный производителем полный срок службы батарей: измерения должны проводиться как минимум по истечении каждых 25% срока службы АКБ.

Методика измерения срока службы (остаточный ресурс) аккумуляторной батареи

  1. Если батарея выработала 85% от ожидаемого срока службы, необходимо не реже раза в год подвергать ее испытанию на остаточную емкость. С такой же периодичностью тест необходимо проводить, если емкость упала ниже 90% от заявленного производителем уровня (или разница в показаниях между предыдущими измерениями составила более 10%).

  2. Если проверка внутреннего сопротивления продемонстрировала большое расхождение с предыдущими результатами измерений, рекомендуется провести проверку остаточной емкости. При резком падении внутреннего сопротивления или превышении базового значения более чем на 25% батарею следует заменить.

  3. Результаты измерений необходимо сохранять в четком, упорядоченном виде. По отчетам отслеживается состояние каждой батареи, и если на протяжении последних измерений она демонстрирует признаки ускоряющейся деградации, АКБ подлежит замене. Грамотное ведение отчетов позволяет заранее заказать нужные наименования в нужном количестве, чтобы произвести замену вовремя.

Выводы

Тестер Fluke BT 500 для оценки оставшиегося остаточного ресурса аккумуляторной батареи (АКБ)

За состоянием аккумуляторных батарей необходимо следить. Делать это быстро и при этом получать содержательную информацию об остаточном ресурсе АКБ помогут специальные приборы, способные измерять внутреннее сопротивление, такие как семейство тестеров Fluke BT500.

См. также:

Материал подготовлен
техническими специалистами компании “СвязКомплект”.

Что такое емкость аккумуляторной батареи. Как измерить емкость аккумулятора.

Емкость аккумуляторов— это количество электрической энергии, которое может отдать полностью заряженный аккумулятор при определенном режиме разряда и температуре от начального до конечного напряжения. Единицей СИ для электрического заряда является кулон (1Кл), но на практике емкость обычно выражается в ампер-часах (Ач).

Емкость измеряют в ампер-часах и определяют по формуле:

C=Ip *tp,гдеС– емкость, Ач;

Ip– сила разрядного тока, А;

tp– время разряда, Ч.

Номинальная емкость— емкость, которую должен отдать новый полностью заряженный аккумулятор в нормальных условиях разряда, указанных в стандарте на этот аккумулятор. При этом напряжение не должно упасть ниже определенной величины.

Так как емкость зависит от разрядного тока и конечного разрядного напряжения, в условном обозначении аккумуляторов указывается емкость, соответствующая определенному режиму разряда. Для стартерных аккумуляторов за номинальную принимается емкость при 20-часовом, стационарных при 10-часовом, тяговых при 5-часовом режимах разряда.

Пример оценки ёмкости батареи 20-ти часовым режимом разряда током 0.05 С20 (током, равным 5% от номинальной ёмкости). Если ёмкость батареи 55Ач, то разряжая ее током 2.75А, она полностью разрядится за 20 часов. Аналогично для батарей ёмкостью 60Ач полный 20-ти часовой разряд произойдет при чуть большем токе разряда — 3А.

Отдача по емкости — отношение количества электричества, полученного от аккумулятора при разряде, к количеству электричества, необходимого для заряда аккумулятора до первоначального состояния при определенных условиях.

Она зависит от полноты заряда. Часть же заряда теряется на газообразование, это уменьшает коэффициент отдачи.

Емкость остаточная– величина, соответствующая количеству электричества, которое может отдать частично разряженный аккумулятор при установленном режиме разряда до конечногонапряжения.

Резервная ёмкость аккумуляторной батареи— время, в течение которого батарея сможет обеспечить работу потребителей в аварийном режиме. Величина резервной ёмкости, выраженная в минутах, последнее время все чаще проставляется изготовителями стартерных аккумуляторных батарей после значения тока холодного старта.

Емкость зарядная— количество электричества, сообщаемое аккумулятору во времязаряда.Зарядная емкость акб всегда больше разрядной из-за потерь энергии на побочные реакции и процессы.

При постоянном токе заряда l зарядная емкость С= I * t, где t — время заряда.

Измерение емкости ведется до падения напряженияхотя бы одного элемента аккумуляторной батареи до величины, регламентированной для конкретного режима разряда.

В течение срока службы емкость акб изменяется. В начале срока службы она возрастает, так как происходит разработка активной массы пластин. В процессе эксплуатации емкость некоторое время держится стабильной, а затем начинает постепенно уменьшаться из-за устаревания активной массы пластин.

Емкость батареи зависит от количества активного материала и конструкции электродов, количества и концентрации электролита, величины тока разряда, температуры электролита, степени изношенности аккумулятора, наличияпосторонних примесей в электролитеи других факторов.

При увеличении тока разряда емкость батареи уменьшается. АКБ при форсированных режимах разряда отдают емкость меньше, чем при разряде более длительными режимами (небольшой величиной тока). Поэтому на аккумуляторах могут быть обозначения при 3,5,6,10,20 и 100 часах разряда. При этом емкости одной и той же батареи будут совершенно разные. Наименьшая будет при 3-х часовом разряде, наибольшая при 100 часовом.

С повышениемтемпературы электролитаемкость растет, но при излишне высоких температурах уменьшается срок их службы.Это происходит потому что, при повышении температуры электролит легче проникает в поры активной массы, так как уменьшается его вязкость и увеличивается внутреннее сопротивление.Поэтому в реакции разряда принимает участие больше активной массы, чем при заряде, производившемся при более низкой температуре.

При низкихже температурах емкость и полезное действиеАКБбыстро уменьшается.

Если увеличить концентрацию (плотность электролита), то емкость также увеличится, но аккумулятор быстро выйдет из строя из-за разрыхления активной массы батареи.

Остаточная емкость аккумулятора (АКБ)

Тяговые аккумуляторы применяются в комплектации различной специализированной транспортной техники. Срок службы такого аккумулятора зависит от многих факторов. Основные из них — это грамотное обслуживание и выполнение всех необходимых правил эксплуатации. В этом случае источник питания прослужит достаточно долго, так как его первостепенные технические характеристики, важнейшей из которых является остаточная емкость, будут сохраняться максимально длительное время.

Если АКБ вышла из строя раньше своего срока, ее можно подвергнуть процессу восстановления. Важным этапом в данном деле является диагностика батареи, при которой обязательно определяется остаточная емкость как определяющий показатель работоспособности АКБ. Остаточной емкостью называют величину, определяющую тот объем электричества, который может отдать при эксплуатации частично разряженный источник питания. Установление этого параметра — задача далеко не из простых. Так, например, осуществить это, опираясь только на данные о напряжении АКБ, практически невозможно. Дело в том, что при наличии плавающего заряда, устройства с низкой емкостью могут демонстрировать абсолютно нормальное напряжение. Поэтому, чтобы получить максимально точные данные, необходимо провести целый цикл разрядов, фиксируя при этом показатели с помощью специального оборудования. Это наиболее эффективный из всех существующих методов определения работоспособности аккумуляторного устройства.

Установить уровень остаточной емкости можно при помощи специально разработанных приборов, не обращаясь к специалистам. Однако это не очень целесообразно, ведь такие приборы стоят не дешево, к тому же, их нужно еще уметь использовать, иначе данные относительно стояния батареи будут искажены. Если имеющиеся возможности АКБ будут переоценены, то в процессе эксплуатации она может серьезно подвести. А недооцененный потенциал батареи — это неоправданные затраты на ее восстановление или замену. Поэтому лучше доверять процедуру оценки остаточной емкости профессионалам, работающим в специализированных сервисных мастерских. Здесь при помощи компьютерной диагностики батарея будет полностью обследована, а на основании полученных данных будет разработана индивидуальная схема эффективного ее восстановления. В результате срок службы АКБ продлиться еще примерно на 2 года, что позволит неплохо сэкономить.

Расчет емкости аккумуляторной батареи

При расчете системы автономного электроснабжения очень важно правильно выбрать емкость аккумуляторной батареи (АКБ).

Для предварительного расчета Вы можете руководствоваться следующими простыми правилами.

емкость, которую должна выдавать АКБ, рассчитывается исходя из количества электроэнергии в Вт*ч, потребляемого от АКБ в режиме разряда.

Допустим емкость 1 АКБ 100 АЧ, и вольтаж 12 В. Соответственно полная емкость составит 100 АЧ *12 В=1200 Вт*ч. Беда в том, что если разрядить такой АКБ на 100% он выйдет из строя. Поэтому нужно оставлять 30% емкости. Соответствено 100 АЧ * 12 В * 0.7=840 Вт*ч

Если батарей несколько — то количество энергии в них складывается.

в общем случае нужно руководствоваться следующими параметрами: допустимая глубина разряда не должна превышать 30-40% для герметичных необслуживаемых батарей, и не более 50% для стартерных батарей. При циклических режимах работы аккумулятора нужно применять гелевые аккумуляторы или специальные аккумуляторы с жидким электролитом. При буферном режиме работы (т.е. если основное время аккумуляторы находятся в заряженном состоянии и иногда, при пропадании электрической сети, отдают свою энергию) можно применять аккумуляторы AGM. Необходимо учитывать, что степень заряда аккумулятора не зависит жестко от его напряжения. При быстром разряде большими токами допускается более низкое конечное напряжение батарей (до 9,8В), а если аккумулятор разряжается малым током длительное время, то он может быть разряжен на 100% даже при напряжении на нем более 11,5В.

емкость АКБ понижается с понижением температуры Гелевые аккумуляторы меньше теряют емкость при понижении температуры, AGM и стартерные обычно имеют емкость в 2 раза ниже номинальной уже при 0°C и при дальнейшем понижении температуры их полезная емкость резко падает.

срок службы АБ понижается при увеличении температуры окружающей среды выше 25 °C.

Иногда, информация о том до какого напряжения проседает АКБ при разряде разными токами указывает производитель в пасспорте на аккумулятор.

 

 

Предположим, что нам нужно обеспечить работу прибора мощностью 2000 Вт в течении 5 часов — т.е. его потребление будет 10000Вт*ч. и  для этого  мы хотим использовать  аккумуляторы на рабочее напряжение 12В и емкостью 100 АЧ. 

Давайте рассчитаем  сколько таких АКБ нам потребуется.

 

 Количество запасенной энергии у заряженного аккумулятора будет равно:

 

P=RxV=100Ачx12В=1200 Вт.ч

 

Такое количество энергии можно получить при полном разряде полностью заряженного аккумулятора. Но, аккумуляторы могут быть и не полностью заряженными. Кроме того, глубокий полный разряд после небольшого количества циклов заряд-разряд, быстро выведет аккумуляторы из строя. Например, обычный хороший аккумулятор при разряде на 30 % его емкости и последующей сразу после разряда зарядке способен выдержать 1000 таких циклов. Если при разряде отобрать 70% емкости, то количество циклов уменьшится примерно до 200. Поэтому, при расчетах нужно вводить коэффициент, который учитывает глубину разряда.

 

Извлекаемое количество энергии в АКБ равно

 

P=RxVxk

 

P=100Ачx12Вx0.7

 

Соответственно, для определения емкости нужно количество потребляемой энергии разделить на напряжение аккумулятора умноженное на коэффициент емкости.

 

Тогда формула определения необходимой емкости будет иметь такой вид:

 

E=Q / (V x k)

 

Где Е — необходимая общая емкость аккумуляторов в Ач;

 

Q- количество энергии, которую нужно получить от аккумуляторов в Вт.ч;

 

V-напряжение каждого из аккумуляторов;

 

k-коэффициент использования емкости, учитывающий, какую часть энергии всех используемых аккумуляторов можно реально использовать потребителям.

 

Разобравшись с теорией, можно определить необходимую емкость аккумуляторов по заданным параметрам.

 Для того чтобы определить, какую емкость можно отобрать от аккумуляторов, чтобы получить электрическую энергию в количестве 10000 Вт. ч, делим это количество энергии на рабочее напряжение каждого аккумулятора равное 12В. В результате получаем, что надо отобрать 833 А.ч от имеющейся емкости аккумуляторов. Если применить коэффициент емкости равный 0, 7 , учитывающий то обстоятельство , что недопустимо часто полностью разряжать кислотные аккумуляторы, то получаем значение необходимой установленной емкости аккумуляторов равное 1190 Ач.

 

E=10000Вт.ч/(12Вх07)=1190 Ач

 

Поскольку мы в нашем примере хотели использовать АКБ 100 Ач, то в этом случае необходимо будет 12 АКБ  такой емкости.

 

формула расчёта ёмкости аккумуляторной батареи

Емкость аккумулятора: как рассчитать батарею по формулеНеобходимость рассчитать ёмкость аккумулятора возникает у разных категорий людей. В первую очередь это касается автомобилистов, ведь это важный параметр машины. Так как устройство имеет свойство портиться, его свойства через какое-то время могут измениться. Большую роль это играет в случаях приобретения автомобиля с пробегом — неизвестно, насколько честен продавец. После аварии запчасти вполне могли быть заменены.

Расчёт ёмкости и мощности

Количество энергии, находящееся в батарее, называют её ёмкостью. Для измерения используют такие единицы:

  • ампер-час;
  • миллиампер-час.

Различаются они только точностью измерения. Например, ёмкость аккумулятора в тысячу миллиампер-час проработает с силой тока в тысячу миллиампер один час, а с показаниями в сто миллиампер — целых 10. Амперы — обобщающая единица, которая включает в себя 1 тыс. частей с приставкой «милли».

Есть два метода измерения ёмкости:

  • Расчёт ёмкости и мощностиДля того чтобы вычислить ёмкость аккумулятора, нужно понять принцип действий. Сначала нужно полностью зарядить устройство, а затем измерить время разряда. Ёмкость — произведение часов на силу тока. Это не очень удобный метод для батарейки, ведь после такого эксперимента её можно будет только утилизировать.
  • Есть и другой способ. Нужно собрать схему, которая разрядит резистор до напряжения в один вольт, силу тока можно посчитать по формуле напряжения, делённого на сопротивление. Чтобы точно измерить время, можно подключить часы, которые перестанут работать при достижении порогового напряжения. Предварительно следует установить их на нулевую отметку. А также следует включить твердотельное реле, которое защитит устройство от полного разряда путём его отключения. Произойдёт это также при достижении минимально допустимого показателя вольт.

Расчет и мощность аккумулятораРассчитать мощность аккумулятора можно при помощи той же формулы, однако напряжение и силу тока надо будет знать наверняка. Соберите цепь, включив в неё амперметр и вольтметр. Необходимо просто перемножить показания приборов. Если вольтметра нет, то можно обойтись значениями сопротивления. В таком случае мощность равна квадрату количества ампер, умноженному на число Ом.

Если отсутствует амперметр, то нужно число, измеренное вольтметром, умножить само на себя, а после поделить на сопротивление. Мощность в физическом смысле — это соотношение совершаемой работы на единицу времени.

Контроль саморазряда

Контроль саморазрядаКаждый аккумулятор неизбежно теряет заряд. Для контроля расхода ампер часов аккумулятора расчёты обязательно необходимы. Сначала нужно вычислить энергию, которая хранится в накопителе на момент полного заряда. Делать это придётся сразу же после отключения аккумулятора от сети.

Затем нужно оставить его где-то на месяц, а после повторить действия. Если сроки не терпят, то можно подождать всего неделю, а результат умножить на четыре. Нормальными значениями расхода для среднего устройства считается десятая часть от полной ёмкости в неделю либо четыре таких части в месяц.

Если энергия теряется слишком быстро, то следует разобраться с причинами неисправности. Она может быть связана с большими показателями сопротивления. Чтобы снизить значение Ом в сети, надо заменить стальную пружину — держатель аккумулятора. Если шунтировать элемент медным проводом, то это должно изменить ситуацию. Иначе нужно задуматься о полной замене устройства на новое.

Опыт пользователей

Аккумуляторные проблемы волновали меня ещё два года назад, когда у меня не было прав. Сначала никак не мог определить его ёмкость, потом разобрался. В учебном заведении предложили заняться проектом на свободную тему. Я решил изучить соответствие параметров, указанных на батарейках разных производителей, с их реальными характеристиками. Занимался этим как хобби, делал все ради интереса. Не думал, что это пригодится потом, когда я начну водить.

Конечно, я больше не разряжаю аккумуляторы полностью, пользуюсь более совершенными методами. Всегда включаю в сеть твердотельное реле, чтобы не было нужды разрежать накопитель полностью.

Александр Казаков

Это простая процедура, ведь формула ёмкости аккумулятора изучается ещё в восьмом классе. Конечно, не все в школьные годы любят физику и полагают, что она никак не пригодится им в жизни. Но большинство парней, да и девушек тоже, затем садится за руль. При вождении и уходе за автомобилем важно понимать основы механики и электричества, поэтому пренебрегать физикой не стоит. Но кто-то просто забывает полученные знания либо не может применить их на практике.

Впрочем, формулу силы тока иногда знают даже те, кто не учился в школе: I = U/R. Когда этот параметр известен, достаточно умножить его на время работы.

Виктор Шкурапетов

Всегда выполняю измерения, пользуясь полным разрядом. Считаю, что это единственный метод, который даёт достоверный результат, так что рекомендую только его. Конечно, иногда неудобно несколько часов заряжать устройство, в особенности — с большой ёмкостью, как в автомобилях. Однако альтернативы все равно не вижу. Тем более машина — механизм, за исправностью которого нужно внимательно следить. Никто не захотел бы остаться без света ламп ночью или в туман, ведь этому человеку пришлось бы дожидаться либо утра, либо помощи братьев-автомобилистов. Оба варианта — не очень приятное времяпрепровождение.

Андрей Колегов

Потеря емкости и выяснение причин разрядки батареи

Узнайте, что приводит к исчезновению батареи.

Аккумулятор энергии можно разделить на три секции, известные как доступной энергии , которую можно мгновенно извлечь, пустой зоны , которую можно пополнить, и непригодную часть, или рок-содержимого , которые стал неактивным как часть использования и старения. Рисунок 1 иллюстрирует эти три раздела.

Рисунок 1: Батарея старения.

Аккумуляторы начинают выцветать со дня их изготовления. Новая батарея должна обеспечивать 100-процентную емкость; большинство используемых пакетов работают с меньшими затратами.

Предоставлено Cadex

При увеличении доли батареи с содержанием породы время зарядки сокращается, поскольку остается меньше для заполнения.Более быстрое время зарядки от выцветших аккумуляторов заметно, особенно с никелевыми аккумуляторами и частично со свинцово-кислотными, но не обязательно с литий-ионными. Более низкая способность переноса заряда, которая препятствует потоку свободных электронов, продлевает время зарядки со старением Li-иона. (См. BU-409a: Почему старые литий-ионные аккумуляторы требуют много времени для зарядки?)

В большинстве случаев уменьшение является линейным, а уменьшение емкости в основном зависит от количества циклов и возраста. Глубокая разрядка заряжает аккумулятор больше, чем частичная разрядка.Поэтому лучше не разряжать батарею полностью, а заряжать ее чаще. Периодический полный разряд рекомендуется только на никелевых батареях для контроля «памяти» и на интеллектуальных батареях как часть калибровки. Батареи на литиевой и никелевой основе обеспечивают от 300 до 500 полных циклов разрядки / зарядки, прежде чем емкость падает ниже 80 процентов.

Технические характеристики устройства всегда основаны на новой батарее. Это только снимок, который не может быть сохранен в течение какого-либо периода времени.Как и в любой новой блестящей машине, батарея выцветает, и если ее не контролировать, сокращенное время работы может привести к поломкам, связанным с батареей.

Пакет следует заменить, когда емкость упадет до 80 процентов; однако порог окончания срока службы может варьироваться в зависимости от приложения, предпочтений пользователя и политики компании. Измерение емкости, обслуживание, которое остается лучшим индикатором для замены, должно проводиться каждые 3 месяца с активными батареями парка. (См. BU-909: Оборудование для испытаний аккумуляторов)

Помимо возрастных потерь, сульфатирование и коррозия сетки являются основными причинами свинцово-кислотных аккумуляторов.Сульфатация — это тонкий слой, который образуется на пластине отрицательного элемента, если батарея может оставаться в состоянии низкого заряда. Если уловлено вовремя, выравнивающий заряд может полностью изменить условие. Коррозия сетки может быть уменьшена благодаря тщательной зарядке и оптимизации заряда поплавка. (См. BU-403: Зарядка свинцовой кислоты)

В никелевых батареях содержание горных пород часто является результатом кристаллического образования, также известного как «память». Полный цикл разрядки / зарядки часто восстанавливает работу батареи.Периодическая полная разрядка, пока батарея находится в эксплуатации, держит кристаллизацию под контролем и предотвращает повреждение сепаратора. (См. BU-807: Как восстановить никелевые батареи).

Процесс старения литий-ионных аккумуляторов — это окисление клеток, процесс, который происходит естественным образом как часть использования и старения и не может быть обращен вспять. (См. BU-808b: Что приводит к смерти Li-ion)

Последнее обновление 2017-08-16

*** Пожалуйста, прочитайте в отношении комментариев ***

Комментарии предназначены для «комментирования», открытого обсуждения среди посетителей сайта.Battery University следит за комментариями и понимает важность выражения взглядов и мнений на общем форуме. Однако все общение должно осуществляться с использованием соответствующего языка и предотвращения спама и дискриминации.

Если у вас есть предложение или вы хотите сообщить об ошибке, воспользуйтесь формой «свяжитесь с нами» или напишите нам по адресу: [email protected]. Мы хотели бы услышать от вас, но мы не можем ответить на все вопросы. Мы рекомендуем опубликовать ваш вопрос в разделах комментариев для Battery University Group (BUG), чтобы поделиться.

Предыдущий урок Следующий урок

или переход на другую статью

,
Емкость и сопротивление батареи в процессе старения — Battery University

Узнайте о характеристиках CCA и их пропускной способности, а также о том, как они расходятся с возрастом.

Срок службы всех батарей и их эффекты проявляются в уменьшении емкости, повышенном внутреннем сопротивлении и повышенном саморазряде. Новая батарея (рис. 1) обеспечивает (или должна обеспечивать) 100-процентную емкость; пожилой человек (рис. 2) может содержать только 20 процентов. В нашем примере потеря емкости иллюстрируется помещением камней в контейнер.

Рисунок 1. Новая батарея заряжена на 100%. Емкость представлена ​​жидкостью без препятствий. Аккумулятор обеспечивает полное время работы.
Предоставлено Cadex
Рисунок 2: Блеклая батарея . Потеря мощности обозначена как «рок-контент». Аккумулятор работает нормально, но у него мало времени работы, даже если он полностью заряжен.
Предоставлено Cadex


Автомобильные специалисты наиболее знакомы с CCA (усилители холодного пуска) в отношении поворота двигателя. CCA относится к внутреннему сопротивлению батареи и способности обеспечивать высокий ток нагрузки. Фиг.3 иллюстрирует стартерную батарею с высоким значением CCA и открытым краном, символизирующую подачу полной мощности; Рисунок 4 имеет повышенное внутреннее сопротивление, которое ограничивает подачу тока к струйке.

Рисунок 3: Низкое внутреннее сопротивление обеспечивает высокий ток. Ток запуска на стартерной батарее составляет 300А; машина для игры в гольф 56A
Предоставлено Cadex

Рисунок 4. Батарея с низким уровнем заряда. Повышение внутреннего сопротивления препятствует подаче энергии. Это менее распространено, поскольку сначала происходит исчезновение емкости.
Предоставлено Cadex

Аккумуляторы улучшены и поддерживают низкое внутреннее сопротивление в течение большей части срока службы; увеличение внутреннего сопротивления может произойти только к самому концу.Аккумуляторы стартера поддерживают высокий уровень CCA и обеспечивают здоровый запуск до конца, но емкость постепенно падает без признаков. Аналогия — скачущая лошадь, которая сохраняет свою энергичную работу до ее возможного краха от истощения. Рисунок 5 демонстрирует соотношение емкости и ОСА 20 стареющих стартерных батарей, отсортированных по емкости. (См. Также BU-905a: Проверка стартерных аккумуляторов в транспортных средствах.)


Рисунок 5: Емкость и значения CCA для 20 стареющих батарей. Аккумуляторы 1–9 имеют хороший CCA и высокую емкость; CCA батарей 10–20 по-прежнему обеспечивает хорошее вращение, но батареи имеют большую потерю емкости. CCA имеет тенденцию оставаться высоким, в то время как емкость падает со старением. Метод испытания: CCA было оценено с помощью Spectro CA-12, а емкость была измерена с помощью банка нагрузки Agilent с применением полной разгрузки в соответствии со стандартами BCI.
Предоставлено Cadex

Батареи
1–9 хорошо работают по емкости и CCA, но батареи 10–20 показывают заметную потерю емкости при сохранении приемлемых характеристик CCA.Истощение мощности в конечном итоге отключает запуск. Это в основном проявляется во время холодных заклинаний, которые еще больше снижают емкость.

Производители автомобилей часто используют 65 процентов в качестве порога прохождения / отказа для гарантийной замены, в то время как сервисные гаражи берут 40 процентов в качестве показателя окончания срока службы. (См. BU-904: Как измерить емкость.) Сорок процентов должны дать еще 6–12 месяцев службы, но ниже это является причиной для беспокойства, и батарею следует заменить, даже если проворачивание все еще в порядке.Экономные водители (включая автора) предпочитают ждать, но неизменно попадают с разряженной батареей в самый неподходящий момент.

Чтобы изучить корреляцию между емкостью и внутренним сопротивлением, Cadex проверил 175 стареющих стартерных батарей, измерив CCA и емкость в соответствии с SAE J537. В этом длительном тесте Cadex обнаружил, что корреляция между емкостью и CCA составляет всего 0,55 (1 будет идеальным соответствием). Это привело к разработке технологии оценки емкости, так как полагаться на внутреннее сопротивление или CCA на стартерной батарее ненадежно.Рисунок 6 демонстрирует тенденцию старения стартерных батарей в зависимости от емкости и CCA (см. BU-1101: Глоссарий под SAE J537)

Как измерить емкость — Battery University

Узнайте о различных методах испытаний и о том, почему ни один из них не является полностью удовлетворительным.

Емкость является основным показателем работоспособности батареи, но оценить ее на лету сложно. Традиционный цикл зарядки / разрядки / зарядки по-прежнему является наиболее надежным методом измерения емкости аккумулятора. В то время как портативные батареи могут работать относительно быстро, полный цикл на больших свинцово-кислотных батареях не подходит для измерения емкости.

SAE (Общество инженеров автомобильной промышленности) определяет емкость стартерной батареи по резервной емкости (RC). RC отражает время работы в минутах при постоянном разряде 25А. DIN (Deutsches Institut für Normung) и IEC (Международная электрохимическая комиссия) маркируют батарею в А-ч при типичном разряде со скоростью 0,2C (5 часов в день) для стартерных батарей. Батарея емкостью 60 Ач разряжается до 12А. Точного преобразования RC в Ah не существует, но наиболее распространенная формула — RC, деленная на 2 плюс 16. Короткий метод — деление RC на 1.9.

Метод разряда

Можно предположить, что измерение емкости при разряде является наиболее точным методом, но это не всегда так, особенно для свинцово-кислотных батарей. Даже при использовании высокоточного оборудования в условиях с контролируемой температурой и в соответствии с установленными стандартами заряда и разряда могут возникать различия между идентичными испытаниями. Это не полностью понято, кроме понимания того, что батареи — это электрохимические устройства, которые имеют человеческие качества.Наш уровень IQ также варьируется в зависимости от времени суток и других условий. Химические составы на основе лития и никеля обеспечивают более последовательные результаты разряда, чем свинцовая кислота.

Лаборатории Cadex проверили 91 пусковую батарею с различными уровнями производительности, и результаты представлены на рисунке 1. Горизонтальная ось X представляет батареи от слабой до сильной, а вертикальная ось Y отражает емкость. Испытания проводились в соответствии со стандартами SAE J537 с полной зарядкой и 24-часовым отдыхом, а затем регулируемым разрядом 25 А до 10.50 В (1,75 В / элемент). Результаты в бриллиантах представляют собой Испытание 1. Испытание было повторено в идентичных условиях, и емкости, показанные в квадратах, характеризуют Испытание 2. Только в течение нескольких дней испытания 1 и 2 отличаются в среднем на +/- 15 процентов по емкости. В других лабораториях наблюдаются аналогичные расхождения.


Рис. 1. Колебания емкости при двух идентичных испытаниях заряда / разряда 91 пусковых батарей. Емкости различаются на +/– 15% между испытанием 1 и испытанием 2.Испытания проводились в соответствии с SAE J537
Предоставлено Cadex (2005)


При оценке результатов теста батареи задается вопрос: «С каким стандартом сравниваются показания?» Если это сделано с классическим циклом зарядки / разрядки, который имеет большие неточности, то современные технологии испытаний не имеют эталона, и ученые могут спросить: «Какой метод является более точным, метод разрядки / зарядки или другие развивающиеся технологии?» Это актуальный вопрос, так как появляются неинтрузивные технологии, которые проверяют батарею всего за несколько секунд.

Неинвазивный метод

Spectro ™ (от Cadex) использует многомодельную электрохимическую импедансную спектроскопию (EIS), которая проверяет состояние батареи в считанные секунды с помощью процесса сканирования. Неинвазивная технология сочетает EIS со сложным моделированием для оценки емкости, CCA и SoC с помощью матриц, также известных как справочные таблицы. Вот как это работает:

Синусоидальный сигнал нескольких частот вводится в батарею с точностью до нескольких милливольт.После цифровой фильтрации извлеченный сигнал формирует график Найквиста, на который накладываются различные электрохимические модели. Spectro ™ выбирает лучшие подходящие модели; неподходящие реплики отклоняются. Слияние данных затем коррелирует значения ключевых параметров для получения при оценке емкости и ОСО. Рисунок 2 иллюстрирует запатентованный процесс в упрощенном виде.

Рисунок 2 Spectro ™ объединяет EIS со сложным моделированием для оценки емкости батареи и улучшения измерений CCA. Синусоидальный сигнал создает график Найквиста; Слияние данных коррелирует значения ключевых параметров для оценки пропускной способности и ОСО.
патент США 7,072,871; Предоставлено Cadex


Сюжет Найквиста был изобретен Гарри Найквистом (1889–1976), когда он работал в Bell Laboratories. Он представляет частотную характеристику линейной системы, отображающей амплитуду и фазовый угол на одном графике, используя частоту в качестве параметра. Горизонтальная ось X графика Найквиста показывает реальный импеданс Ом, а вертикальная ось Y представляет мнимый импеданс.(См. BU-907: Тестирование литиевых батарей, Рисунок 3.)

Емкость против CCA

Батареи стартера имеют два разных значения: CCA и емкость. Эти два чтения разные; одно не может предсказать другое, и корреляция между ними почти отсутствует, за исключением, возможно, конца срока службы батареи. (См. BU-806, Отслеживание емкости батареи и сопротивления в процессе старения)

Большинство экспресс-тестеров смотрят на внутреннее сопротивление и делают приближение CCA.Считывание сопротивления батареи относительно просто, но само по себе это не может предсказать емкость, и при этом это не может сказать, когда заменить батарею, поскольку характеристика конца срока службы прежде всего связана с емкостью. Самое начало

.

Рост внутреннего сопротивления — Battery University

Понимание важности низкой проводимости

Одна емкость имеет ограниченное использование, если упаковка не может эффективно доставлять накопленную энергию; батарея также нуждается в низком внутреннем сопротивлении. Измеренное в миллиомах (мОм), сопротивление является привратником батареи; чем ниже сопротивление, тем меньше ограничений встречает стая. Это особенно важно при больших нагрузках, таких как электроинструменты и электрические трансмиссии.Высокое сопротивление приводит к нагреву батареи и падению напряжения под нагрузкой, что вызывает преждевременное отключение. На фиг.1 показана батарея с низким внутренним сопротивлением в виде свободно протекающего крана против батареи с повышенным сопротивлением, в которой крана ограничена.

Низкое сопротивление, обеспечивает высокий ток по требованию; батарея остается прохладной.

Высокое сопротивление, ток ограничен, падение напряжения на нагрузке; батарея нагревается.

Рисунок 1. Влияние внутреннего сопротивления батареи.

Батарея с низким внутренним сопротивлением обеспечивает высокий ток по требованию. Высокое сопротивление вызывает нагревание батареи и падение напряжения. Оборудование отключается, оставляя энергию позади.

Предоставлено Cadex

Свинцовая кислота имеет очень низкое внутреннее сопротивление, и батарея хорошо реагирует на сильные всплески тока, которые длятся несколько секунд.Однако из-за присущей медлительности свинцовая кислота плохо работает при длительном сильноточном разряде; батарея скоро устает и нуждается в отдыхе, чтобы восстановиться. Некоторая медлительность проявляется во всех батареях в разной степени, но особенно ярко она проявляется в свинцовой кислоте. Это намекает на то, что подача энергии зависит не только от внутреннего сопротивления, но и от реакции химического состава, а также температуры. В этом отношении технологии на основе никеля и лития более чувствительны, чем свинцовая кислота.

Сульфатирование и коррозия сетки являются основными причинами повышения внутреннего сопротивления свинцовой кислотой. Температура также влияет на сопротивление; тепло понижает, а холод поднимает. Нагрев батареи на мгновение снизит внутреннее сопротивление, чтобы обеспечить дополнительное время работы. Это, однако, не восстанавливает батарею и добавит кратковременное напряжение.

Кристаллическое образование, также известное как «память», способствует внутреннему сопротивлению в никелевых батареях. Это часто может быть обращено вспять с глубоким циклом.Внутреннее сопротивление Li-ion также увеличивается с использованием и старением, но были сделаны улучшения с добавками электролита, чтобы держать накопление пленок на электродах под контролем. (См. BU-808b: Что вызывает литий-ионную смерть?). Со всеми батареями SoC влияет на внутреннее сопротивление. Li-ion имеет более высокое сопротивление при полном заряде и в конце разряда с большой плоской областью с низким сопротивлением в середине.

Щелочные, углеродно-цинковые и большинство первичных батарей имеют относительно высокое внутреннее сопротивление, и это ограничивает их использование слаботочными приложениями, такими как фонари, пульты дистанционного управления, портативные развлекательные устройства и кухонные часы.По мере того как эти батареи разряжаются, сопротивление еще больше увеличивается. Это объясняет относительную короткую продолжительность работы при использовании обычных щелочных элементов в цифровых камерах.

Для считывания внутреннего сопротивления батареи используются два метода: постоянный ток (DC) путем измерения падения напряжения при данном токе и переменного тока (AC), который учитывает реактивное сопротивление. При измерении реактивного устройства, такого как батарея, значения сопротивления сильно различаются между методами испытаний постоянного и переменного тока, но ни одно из показаний не является правильным или неправильным.Показание постоянного тока смотрит на чистое сопротивление (R) и дает истинные результаты для нагрузки постоянного тока, такой как нагревательный элемент. Показание переменного тока включает реактивные компоненты и обеспечивает полное сопротивление (Z). Импеданс обеспечивает реалистичные результаты при цифровой нагрузке, такой как мобильный телефон или индуктивный двигатель. (См. BU-902: Как измерить внутреннее сопротивление)

На рисунке 2 показано внутреннее сопротивление литий-ионной батареи 18650 при воздействии 1000 полных циклов при 40ºC (104ºF). Показания переменного тока в зеленой рамке не отражают истинное резистивное состояние батареи; Метод DC обеспечивает более надежные данные о производительности при загрузке.


Рисунок 2: Повышение внутренних сопротивлений литий-ионного элемента 18650, измеренное с помощью переменного и постоянного тока при циклическом режиме.
Показания сопротивления переменного тока в зеленой рамке остаются низкими; Метод DC дает истинное состояние.
Источник: Technische Universität München (TUM)

Сопротивление пакета

Внутреннее сопротивление батареи состоит не только из элементов, но также включает в себя взаимосвязь, fu

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *