Всё для ремонта авто

Menu

Метка: Емкость аккумулятора

Емкость аккумулятора (АКБ)

Емкость аккумулятора —  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 = Iptp,
где С – емкость, Ач;
p – 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 0.05С20 (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 60 Ач полный 20-ти часовой разряд произойдет при чуть большем токе разряда — 3А.

Емкость зарядная — количество электричества, принимаемое аккумуляторной батареей во время заряда. Зарядная емкость АКБ всегда больше разрядной из-за потерь энергии на побочные реакции и процессы.

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 конечного напряжения.

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 время заряда.

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

Измерение емкости ведется до падения напряжения  хотя 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, наличия посторонних примесей в электролите и 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 повышением  температуры электролита емкость 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 низких  же температурах емкость  и полезное действие АКБ быстро  уменьшается.

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

Что такое номинальная ёмкость аккумулятора?

Основной обобщающей характеристикой АКБ является номинальная ёмкость измеряемая в ампер-часах. Это максимальное количество электричества, которое можно получить в течение точно указанного времени от АКБ при температуре 25°С и разряде отстающего аккумулятора до напряжения 1,75 В. При замерах используют 100-, 20-, 10-, 5- и 1-часовой режимы разряда. Причем при 1-часовом режиме разряд ведется до напряжения 1,6 В, а при 5-часовом до 1,7 на отстающем аккумуляторе. Для стартерных аккумуляторных батарей наиболее широко применяется 20-часовой режим разряда. Емкость АКБ при 20-часовом режиме разряда, как одна из основных характеристик, чаще всего включается в маркировку. Например: 6СТ55А, 6QA55, FS55, 37-55 (Delco), 55546/9 (Banner), 093455565 (Bosch) или стандартную 55559 (DIN), 55D26L (JIS). Американскими нормами общества автомобильных инженеров SAE J537 и нормами международной электротехнической комиссии JEC 95-1 определение и указание емкости не предусмотрено. Этот показатель заменен резервной емкостью.

Чаще всего возникают недоразумения и путаница при оценке пусковых токов. Пусковой ток, одна из основных характеристик стартерных способностей АКБ при низкой температуре (Т = -18°С). Это единственный совпадающий параметр во всех нормах, стандартах и тестах. Все остальные условия и параметры проведения тестовых испытаний для определения пусковых токов по действующем стандартам, как правило, различаются, из-за чего получаются числовые значения (А) для одной и той же АКБ. Ток холодной прокрутки — это максимальный ток непрерывного 30-секундного разряда (Т = 18°С) полностью заряженной АКБ до напряжения 1,2 В на отстающем аккумуляторе или 7,2 В на выводах 12-вольтной АКБ.

Ток стартерного разряда — это максимальный ток непрерывного (не менее 180 с) разряда (Т = -18°С) полностью заряженной АКБ до напряжения 1 В на отстающем аккумуляторе или 6 В на выводах 12-вольтной АКБ. При этом на 5-7 с разряда напряжение не должно быть ниже 1,45 В на данном аккумуляторе (8,7 В на выводах 12-вольтной) разборной АКБ или 1,5 В на аккумуляторе (9 В на выводах 12-вольтной) не разборной АКБ. Из-за различных условий проведения испытаний ток холодной прокрутки больше стартерного тока примерно в 1,8-1,9 раза.

Аккумуляторы. Общие сведения

Аккумулятор — это устройство, предназначенное для хранения электрической энергии, причем энергия в этом устройстве хранится в химическом виде.

Принцип действия аккумулятора заключается в том, что два металла находятся в растворе кислоты, и при этом они вырабатывают электричество. Аккумуляторы характеризуется по таким основным характеристикам, как:

  • емкость
  • внутреннее сопротивление
  • ток саморазряда
  • срок службы

Емкость аккумулятора

Емкостью аккумулятора — это количество запасенной электроэнергии, которой обладает аккумулятор. Это одна из самых главных характеристик аккумулятора, ведь от емкости зависит время работы электроприборов, подключенных к аккумулятору.

Емкость аккумулятора измеряется в миллиампер-часах (мА*ч). При этом на этикетке или же непосредственно на аккумуляторе указывается номинальная емкость. Дело в том, что номинальная емкость не всегда равняется реальной. Реальная емкость аккумулятора может отличаться от номинальной в диапазоне от 80 до 110%. Связано это с тем, что на протяжении всего срока эксплуатации аккумулятора, его реальная емкость постепенно меняется, как правило, в сторону уменьшения и, кроме всего прочего, зависит от множества дополнительных факторов. Значительно влияют на реальную емкость условия эксплуатации и обслуживания, время эксплуатации и способ зарядки аккумулятора.

Различие номинальной и реальной емкости аккумулятора

Электрическая емкость аккумуляторной батареи состоит из номинальной и реальной.

Номинальная электрическая емкость — это то количество энергии, которым батарея теоретически должна обладать в заряженном состоянии.

Данный параметр аналогичен емкости, например, стакана. Так же как в стандартный граненый стакан можно налить 200 мл воды, так и в батарею можно «закачать» лишь вполне определенное количество энергии. Но определяется это количество энергии не в момент заряда, а при обратном процессе (при разряде батареи) постоянным током в течение измеряемого промежутка времени до момента достижения заданного порогового напряжения.

Измеряется емкость в ампер-часах (А/ч или мА/ч) и обозначается буквой С. Значение номинальной емкости батареи, как правило, зашифровано в ее обозначении.

Реальное значение емкости новой батареи на момент ввода ее в эксплуатацию колеблется от 80 до 110% номинального значения и зависит от фирмы-изготовителя, условий и срока хранения, а также от технологии ввода в эксплуатацию. Нижний предел (80%) обычно рассматривается как минимально допустимое значение для новой батареи.

Теоретически батарея, например, номинальной емкостью 1000 мА/ч может отдавать ток 1000 мА в течение 1 ч, 100 мА — в течение 10 ч, или 10 мА — в течение 100 ч.

Практически же при высоком токе разряда номинальная емкость не достигается, а при низком токе — превышается. В процессе эксплуатации емкость батареи уменьшается. Скорость уменьшения зависит от типа батареи, технологии обслуживания в процессе работы, используемых зарядных устройств, условий и длительности эксплуатации.

Внутреннее сопротивление батареи определяет ее способность отдавать в нагрузку большой ток. Эта зависимость подчиняется закону Ома. При низком значении внутреннего сопротивления батарея способна отдать в нагрузку больший пиковый ток (без существенного уменьшения напряжения на ее выводах), а значит, и большую пиковую мощность, в то время как высокое значение сопротивления приводит к резкому уменьшению напряжения на выводах батареи при резком увеличении тока нагрузки. Это приводит к тому, что внешне хороший аккумулятор не может полностью отдать запасенную в нем энергию в нагрузку.

Типичные сроки сохранности заряда различных типов батарей и аккумуляторов (при условии полного заряда)

  • Никель-гидридные (Ni-MH) аккумуляторы — 2 недели (саморазряд 30% в месяц).
  • Никель-кадмиевые (Ni-Cd) аккумуляторы — 3 недели (саморазряд 20% в месяц).
  • Литий-ионные (Li-Ion) аккумуляторы — 6 недель (саморазряд 10% в месяц).
  • Свинцовые кислотные аккумуляторы — 3 месяца (саморазряд 5% в месяц).
  • Литиевые (Li-Metal) аккумуляторы — 1 год.

Внутреннее сопротивление

Внутреннее сопротивление — также достаточно важный параметр аккумулятора. Единицей измерения внутреннего сопротивления является миллиом (мОм). Сопротивление, в свою очередь, зависит от емкости одного элемента (банки) аккумулятора, числа этих элементов, типа аккумулятора, срока службы и условий работы. Определяется внутреннее сопротивление с помощью приборов-анализаторов.

Во время работы аккумулятора внутреннее сопротивление постепенно увеличивается. Если аккумулятор имеет сопротивление в целых 500 Ом, то можно сделать вывод о том, что он имеет весьма солидный возраст или просто неправильно использовался.

Большое внутреннее сопротивление приводит к повышенному расходу электроэнергии и, как следствие, к меньшему времени работы приборов, так как по закону Ома большое сопротивление значительно увеличивает потребляемый ток и одновременное падение напряжения. А при сильном падении напряжения подключенный электроприбор принимает аккумулятор за разряженный или же просто за тот, который не в состоянии работать. В результате аккумулятор не может выдать всю запасенную энергию, что значительно сокращает время работы электроприборов.

Саморазряд аккумулятора — это самопроизвольная утечка электроэнергии из заряженного аккумулятора в течение некоторого времени. Этому явлению подвержены практически все виды аккумуляторов, независимо от их устройства и электрохимического типа.

Для количественного определения саморазряда служит величина энергии, которую теряет аккумулятор на протяжении определенного периода времени, и исчисляется он в процентах от величины полностью заряженного аккумулятора. Величина саморазряда — не постоянна, так, в первые сутки после зарядки она достигает максимальных значений, а затем постепенно уменьшается.

В связи с этим, принято измерять величину саморазряда в первые сутки, а затем через месяц после заряда. На саморазряд также имеет влияние температура окружающей среды, причем взаимосвязь между величиной саморазряда и температурой пропорциональна. Имеется в виду, что при повышении температуры увеличивается и величина саморазряда.

К примеру, у некоторых типов аккумуляторов при повышении температуры от 20 до 30 градусов величина саморазряда увеличивается в два раза. Если говорить о более конкретных его значениях, то для аккумуляторов Ni-Cd типа нормальной считается величина 10% в сутки, а аккумуляторы Ni-MH типа имеют несколько большую величину саморазряда, для Li-Ion и для Li-Pol эта величина настолько мала, что ее оценивают только через месяц после заряда. Что же касается месячной величины саморазряда, то для этих же типов аккумуляторов соответственно имеем такие параметры:

  • Ni-Cd — 20%
  • Ni-MH — 30%
  • Li-Ion — 10%

Эти показатели являются среднестатистическими, и могут несколько отличатся у каждого конкретного аккумулятора.

Для определения величины срока службы аккумулятора используют количество циклов между зарядом и разрядом аккумулятора, которое он способен выдержать во время эксплуатации, не меняя при этом в значительных пределах своих главных параметров, таких как емкость, величина саморазряда, в!гутрсннее сопротивление.

Также учитывается время, которое истекло с момента изготовления аккумулятора. В том случае, если емкость уменьшается до 60% номинального значения, аккумулятор считается вышедшим из строя. На срок службы влияют самые различные факторы:

  • тип аккумулятора
  • способ заряда
  • условия эксплуатации
  • правильность обслуживания

В зависимости от используемой электрохимической системы все аккумуляторы делятся на следующие типы:

  • SLA/Pb — классические свинцово-кислотные
  • Ni-Cd — никель-кадмиевые
  • Ni-MH — никель-маталлгидридные
  • Li-Ion — литий-ионные
  • Li-Pol — литий-полимерные, которые являются относительно новым словом в современной технике.