Об аккумуляторах .

Вопросы об аккумуляторах

Как сосчитать емкость аккумулятора UPS?
Простая формула для 12-вольтового аккумулятора:

Н апример, к UPS (ИБП) для насоса мощностью 100 Вт=0.1 кВт с временем работы от аккумулятора 8 часов нужен 12-вольтовый аккумулятор емкостью:

или 2 аккумулятора по 40 А*час или 4 аккумулятора по 20 А*час.

В нимание: формула верна для больших времен работы от аккумулятора (8 часов и больше). Для малых времен работы — читайте страницу до конца.

Д ля любознательных ниже следуют объяснения.

1. Условия задачи

Д опустим, мы собираемся подключать к UPS (ИБП) с напряжением батареи V вольт несколько 12-вольтовых аккумуляторов, чтобы UPS мог проработать от батареи H часов при нагрузке W кВт. Как узнать, сколько аккумуляторов нам нужно и какой емкости?

2. Расчет емкости аккумулятора

З а время H, UPS передаст нагрузке электрическую энергию:

П олностью заряженный аккумулятор с номинальным напряжением 12 В и емкостью E А*час, может через инвертор с КПД 0.83 передать в UPS энергию:

P = 12*0.83*E/1000 = E/100 [кВт*час]

П риравняв правые части двух предыдущих формул, мы можем рассчитать суммарную емкость 12-вольтовых аккумуляторов, которые обеспечат нужное время работы ИБП от батареи:

К оличество необходимых нам аккумуляторов зависит от напряжения батареи ИБП и емкости 12-вольтовых аккумуляторов, которые мы можем приобрести. Если нам доступны аккумуляторы любой емкости, то количество аккумуляторов легко сосчитать:

П ри малых временах разряда, аккумулятор отдает только часть емкости. Поэтому при H = 6 часов, рассчитанную емкость аккумулятора E нужно увеличить на 20%, при H = 4 часа — на 30 %, при H = 2 часа — на 40%, а при требуемом времени 30 минут — удвоить рассчитанную емкость аккумулятора E.

2. Пример расчета емкости

Определить емкость и количество 12-вольтовых аккумуляторной батареи UPS (ИБП), нагрузкой которого является отопительный котел.
Электрическая мощность котла W = 0.2 кВт; напряжение батареи UPS V = 24 В; требуемое время работы UPS от батареи H = 6 часов

С уммарная емкость аккумуляторов:

К оличество аккумуляторов:

Е мкость каждого аккумулятора:

П оскольку требуемое время работы равно 6 часам, нужно увеличить рассчитанную емкость на 20%. Получим: емкость каждого из двух аккумуляторов равна 72 А*час.

Источник

Аккумуляторы. Примеры расчетов

Аккумуляторы представляют собой электрохимические источники тока, которые после разрядки могут быть заряжены с помощью электрического тока, получаемого от зарядного устройства. При протекании зарядного тока в аккумуляторе происходит электролиз, в результате которого на аноде и катоде образуются химические соединения, которые были на электродах в исходном рабочем состоянии аккумулятора.

Электрическая энергия при заряде в аккумуляторе превращается в химическую форму энергии. При разряде химическая форма энергии превращается в электрическую. Для заряда аккумулятора нужно больше энергии, чем может быть получено при его разряде.

Напряжение каждого элемента свинцового аккумулятора после заряда 2,7 В не должно падать ниже 1,83 В при разряде.

Средняя величина напряжения железо-никелевого аккумулятора 1,1 В.

Зарядный и разрядный ток аккумулятора ограничен и задается заводом-изготовителем (примерно 1 А на 1 дм2 пластины).

Количество электричества, которое можно получить от заряженного аккумулятора, называется емкостью аккумулятора, изменяемой в ампер-часах.

Аккумуляторы характеризуются также отдачей по энергии и току. Отдача по энергии равна отношению энергии, полученной при разряде, к энергии, затраченной на заряд аккумулятора: ηэн=Aраз/Aзар.

Для свинцового аккумулятора ηэн=70%, а для железо-никелевого ηэн=50%.

Отдача по току равна отношению количества электричества, полученного при разряде, к количеству электричества, израсходованного при заряде: ηт=Qраз/Qзар.

Свинцовые аккумуляторы имеют ηт=90%, а железоникелевые ηт=70%.

1. Почему отдача по току аккумулятора больше, чем отдача по энергии?

ηэн=Aраз/Aзар =(Uр∙Iр∙tр)/(Uз∙Iз∙tз )=Uр/Uз ∙ηт.

Отдача по энергии равна отдаче по току ηт, умноженной на отношение напряжения разряда к напряжению заряда. Так как отношение Uр/Uз

2. Свинцовый аккумулятор напряжением 4 В и емкостью 14 А•ч показан на рис. 1. Соединение пластин показано на рис. 2. Соединение пластин параллельно увеличивает емкость аккумулятора. Две группы пластин соединены между собой последовательно для увеличения напряжения.

Рис. 1. Свинцовый аккумулятор

Рис. 2. Соединение пластин свинцового аккумулятора на напряжение 4 В

Аккумулятор заряжался 10 ч током Iз=1,5 А, а разряжался 20 ч током Iр=0,7 А. Какова отдача по току?

Qр=Iр∙tр=0,7∙20=14 А•ч; Qз=Iз∙tз=1,5∙10=15 А•ч; ηт=Qр/Qз =14/15=0,933=93%.

3. Аккумулятор заряжается током 0,7 А в течение 5 ч. Как долго он будет разряжаться током 0,3 А при отдаче по току ηт=0,9 (рис. 3)?

Рис. 3. Рисунок и схема к примеру 3

Израсходованное на заряд аккумулятора количество электричества равно: Qз=Iз∙tз=0,7∙5=3,5 А•ч.

Количество электричества Qр, отдаваемое при разряде подсчитаем по формуле ηт=Qр/Qз , откуда Qр=ηт∙Qз=0,9∙3,5=3,15 А•ч.

Время разряда tр=Qр/Iр =3,15/0,3=10,5 ч.

4. Аккумулятор емкостью 20 А•ч был полностью заряжен в течение 10 ч от сети переменного тока через селеновый выпрямитель (рис. 4). Положительный вывод выпрямителя при заряде подключается к положительному выводу аккумулятора. Каким током аккумулятор заряжался, если отдача по току ηт=90%? Каким током аккумулятор может разряжаться в течение 20 ч?

Рис. 4. Рисунок и схема к примеру 4

Ток заряда аккумулятора равен: Iз=Q/(ηт∙tз )=20/(10∙0,9)=2,22 А. Допустимый ток разряда Iр=Q/tр =20/20=1 А.

5. Аккумуляторная батарея, состоящая из 50 элементов, заряжается током 5 А. Э. д. с. одного элемента батареи 2,1 В, а его внутреннее сопротивление rвн=0,005 Ом. Какое напряжение имеет батарея? Какую э. д. с. должен иметь зарядный генератор с внутренним сопротивлением rг=0,1 Ом (рис. 5)?

Рис. 5. Рисунок и схема к примеру 5

Э. д. с. батареи равна: Eб=50∙2,1=105 В.

Внутреннее сопротивление батареи rб=50∙0,005=0,25 Ом. Э. д. с. генератора равна сумме э. д. с. батареи и падений напряжения в батарее и генераторе: E=U+I∙rб+I∙rг=105+5∙0,25+5∙0,1=106,65 В.

6. Аккумуляторная батарея состоит из 40 элементов с внутренним сопротивлением rвн=0,005 Ом и э. д. с. 2,1 В. Батарею заряжают током I=5 А от генератора, э. д. с. которого 120 В, а внутреннее сопротивление rг=0,12 Ом. Определить дополнительное сопротивление rд, мощность генератора, полезную мощность заряда, потери мощности в добавочном сопротивлении rд и потери мощности в батарее (рис. 6).

Рис. 6. Расчет акукумулятора

Дополнительное сопротивление найдем с помощью второго закона Кирхгофа:

Eг=Eб+rд∙I+rг∙I+40∙rв∙I; rд=(Eг-Eб-I∙(rг+40∙rв))/I=(120-84-5∙(0,12+0,2))/5=34,4/5=6,88 Ом.

Так как э. д. с. батареи при заряде увеличивается (э. д. с. элемента в начале заряда равна 1,83 В), то в начале заряда при неизменном добавочном сопротивлении ток будет больше 5 А. Для поддержания неизменным тока заряда необходимо изменять дополнительное сопротивление.

Потери мощности в дополнительном сопротивлении ∆Pд=rд∙I^2=6,88∙5^2=6,88∙25=172 Вт.

Потери мощности в генераторе ∆Pг=rг∙I^2=0,12∙25=3 Вт.

Потери мощности во внутреннем сопротивлении аккумуляторной батареи ∆Pб=40∙rвн∙I^2=40∙0,005∙25=5 Вт.

Мощность генератора, отдаваемая во внешнюю цепь, Pг=Eб∙I+Pд+Pб=84∙5+172+5=579 Вт.

Полезная мощность заряда Pз=Eб∙I=420 Вт.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Подписывайтесь на наш канал в Telegram!

Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Источник

Расчет емкости АКБ и основные понятия

Аккумуляторная батарея представляет собой источник тока многоразового использования. Ее особенность заключается в цикличности: зарядив батарею, ее можно использовать установленное производителем количество часов. Разряженную батарею легко зарядить с помощью специального зарядного устройства. Время заряда связано с параметрами источника, а количество циклов “заряд-разряд” напрямую зависит от типа и особенностей АКБ.

Что такое емкость и зачем нужен этот показатель?

Емкость аккумуляторной батареи — ее ключевая характеристика. Она влияет на стоимость устройства, область применения (от бытовых нужд до медицинских), срок службы.

Эта характеристика отображает длительность временного промежутка, на время которого батарея будет полноценно питать соответствующее устройство (пульт, телефон и т.д.) и обеспечивать его автономную работу. Иными словами, емкость АКБ — это максимальное количество электрической энергии, которое батарея способна накапливать за 1 полный цикл заряда.

Единица измерения емкости АКБ — амперы в час (А*ч), а для батарей высокой мощности — миллиамперы в час (мА*ч).

Основные понятия, которые связаны с расчетом емкости АКБ

С определением емкости АКБ связаны несколько терминов, среди них ток разряда аккумулятора, энергетическая и резервная емкость и прочие. Рассмотрим основные из них.

1.Зависимость емкости АКБ от тока разряда

При подключении к аккумулятору защищенной нагрузки без преобразователя, величина тока не меняется. При этом время работы АКБ будет выглядеть как соотношение емкости к току. В виде формулы эта зависимость выглядит следующим образом:

где Q – емкость аккумулятора (А*ч или мА*ч);

I – постоянный ток разряда аккумулятора (А);

T – время разряда батареи (ч).

2. Зависимость емкости АКБ от энергии

Способность к накоплению энергии батареей связана с напряжением: чем оно больше, тем больше энергии накопит АКБ. Таким образом, электрическая энергия определяется как произведение тока, напряжения и времени:

W= I*U*T,

где W – энергия накопленная батареей (Дж);

U – напряжение аккумулятора (В);

Под этим понятием подразумевается энергия, которую отдает полностью заряженный аккумулятор при разряде до минимального напряжения. Для расчета энергетической емкости используют формулу:

где Q – емкость аккумулятора (А*ч);

W – энергетическая емкость аккумулятора (Вт/элемент).

Этот термин используется при расчете емкости автомобильных аккумуляторов. Он описывает способность АКБ питать электрооборудование автомобиля, когда встроенный генератор не функционирует. Резервная емкость рассчитывается следующим образом:

где Q – емкость аккумулятора (А*ч);

T – резервная емкость аккумулятора (мин).

Расчет емкости аккумуляторной батареи

Измерение объема батареи необходимо в случае определения количества энергии для продолжительной автономной работы любых устройств (к примеру, для ноутбука, смартфона и т.д.);

Для того чтобы определить емкость АКБ, необходимо применить стандартную формулу:

где Q — рассчитываемая емкость АКБ (А*ч или мА*ч);

P – нагрузочная мощность (Вт);

t — временной промежуток резервирования (ч);

k — коэффициент, отображающий какая часть емкости АКБ используется.

Значение k компенсирует ситуацию неполного заряда батареи. К слову, полный разряд после нескольких полных циклом работы существенно увеличивает работоспособность устройства.

Расчет заряда АКБ на конкретном примере

Для того чтобы провести подсчет емкость батареи смог даже новичок, рассмотрим следующую задачу.

Мы имеем критическую нагрузку 500 Вт, которая требует резервирования на протяжении 3 часов, а также стандартное напряжение 12 В. Сперва посчитаем емкость для батареи, которая разряжается на 70 процентов, а потом заряжается. Это будет выглядеть следующим образом:

Так рассчитывается минимальная емкость. Чаще всего следует считать объем АКБ с небольшим запасом (например, 20%). В таком случае батарея проработает максимальное количество времени. Расчет будет выглядеть так:

В любом случае, вы сможете самостоятельно рассчитать емкость необходимой батареи, просто подставим свои значения в вышеуказанную формулу.

Власть и техника, деньги и товары имеют ценность и полезны лишь постольку, поскольку они дают человеку свободу.

Источник

Емкость аккумулятора.

Емкость аккумулятора — это техническая характеристика, показывающая тот период времени, в течении которого аккумулятор будет производить питание подключенной к нему нагрузки. Единицей измерения емкости аккумулятора является ампер-час, если же аккумулятор небольшой, то миллиампер-час. Определяется емкость аккумулятора по формуле, которая представляет собой произведение постоянного тока разряда аккумулятора (в амперах или миллиамперах) на время его заряда (в часах):

Какая емкость аккумулятора.

Какая емкость аккумулятора — это понятие, которое дает понять сколько времени аккумулятор сможет питать подключенную к нему нагрузку. Энергию аккумулятора (которая может накапливаться в заряженном полностью аккумуляторе) полностью не характеризует емкость аккумулятора. Поэтому, чем напряжение аккумулятора больше, тем и энергия накопленная в нем будет больше. Электрическая энергия равна произведению напряжения на ток и время протекания тока:

А энергия аккумулятора для ИБП равняется произведению емкости аккумулятора на его номинальное напряжение:

Емкость аккумулятора автомобиля.

Емкость аккумулятора автомобиля — этот показатель говорит о возможностях данного аккумулятора. Часто емкость аккумулятора путают с его зарядом (заряженностью). Емкость показывает только потенциал аккумулятора, то есть время которое он способен выполнять питание нагрузки при его полном заряде.

В качестве наглядного примера можно взять стакан воды. В зависимости от того полный стакан либо пустой, его емкость (объем) не изменяется. Аналогичная ситуация и с аккумулятором — емкость одна и та же как в заряженном, так и в разряженном состоянии аккумулятора.

Энергетическая емкость аккумулятора [Вт/элемент] — это характеристика аккумулятора показывающая его способность разряжаться в режиме постоянной мощности за определенный небольшой период времени (обычно 15 минут). Для измерения емкости аккумулятора в ампер-часах по его энергии в Вт/эл (15 мин) существует формула:

Резервная емкость аккумулятора является характеристикой автомобильного аккумулятора, которая показывает его способность производить питание электросистемы движущегося автомобиля при не работающем генераторе автомобиля. Единица измерения — минуты заряда аккумулятора током 25 А. Емкость аккумулятора (ампер-час) по его резервной емкости (минуты) можно приближенно оценить по формуле:

Величины, от которых зависит емкость аккумулятора:

Производители обычно назначают номинальной емкость свинцового аккумулятора для UPS при длительных разрядах (10,20, 100 часов). При таких разрядах емкость аккумулятора обозначается: С10, С20 и С100. Протекающий через нагрузку ток, например, при 20-часовом заряде — I20 можно рассчитать по формуле:

2. Износ аккумулятора

В состоянии поставки емкость свинцового аккумулятора может быть немного меньше или больше его номинальной емкости. При выполнении несколько раз циклов разряд-заряд или после нескольких недель пребывания в буфере (под «плавающим» зарядом) емкость аккумулятора будет увеличиваться. Однако дальнейшая эксплуатация или хранение аккумулятора приводят к падению емкости аккумулятора, а сам аккумулятор стареет, изнашивается и значит потребуется замена аккумулятора на новый.

Измерение емкости аккумулятора.

Измерение емкости аккумулятора — этот процесс чаще всего выполняется методом контрольного разряда. Сначала производят его заряд, а потом постоянным током разряжают, при этом регистрируют время до конечного напряжения разряда. Затем по формуле определяется остаточная емкость аккумулятора:

Источник