Расчет номинального тока аккумулятора

Как правильно зарядить, рассчитать время и какой нужен ток для зарядки аккумуляторов.

Аккумуляторы используются повсеместно в различных устройствах и часто поднимается вопрос о том как их заряжать.

И если в таких устройствах как телефоны, смартфоны и тому подобное этот вопрос решается довольно просто, то это только благодаря тому, что в них весь процесс зарядки контролируется специальной микросхемой, от вас минимум вмешательства.

Но всё же существует много устройств где применяются аккумуляторы, которые нужно заряжать отдельно и самостоятельно.

Лучше всего для этого приобрести специальное зарядное устройство, но даже это приобретение нужно делать грамотно, конечно если вы хотите, чтобы ваши аккумуляторы заряжались быстрее, служили много циклов «заряд – разряд» и заряжались полностью.

В принципе, для зарядки аккумуляторов можно использовать даже простой блок питания постоянного тока, с подходящими для вашего аккумулятора параметрами, а именно напряжением и током.

Какие ещё важно знать параметры чтобы правильно заряжать аккумуляторы?

Выходное напряжение блока питания (зарядного устройства)
Выходной ток блока питания (зарядного устройства)
Время заряда. (рассчитывается по формуле)
Емкость аккумулятора
Тип аккумулятора

Это то, что нужно знать, чтобы правильно выбрать зарядное устройство и качественно заряжать аккумуляторы.

Давайте во всём разберёмся.

Как рассчитать время и какой нужен ток для зарядки аккумулятора

Начнём с типов аккумуляторов они бывают кислотные и «другие» под словом другие я имею в виду никель-кадмиевые, никель- металл-гидридные, литий-ионные и тому подобное.
По этим технологиям делают всем известные «пальчиковые» аккумуляторы разных размеров и назначений. А также и аккумуляторы для наших гаджетов.

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!

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Источник

Подробно о характеристиках и видах автомобильных аккумуляторов

В какой-то момент автолюбители сталкиваются с проблемой выбора автомобильного аккумулятора. Те, кто совсем не понимает в аккумуляторах, идут несколькими путями. Некоторые просто покупают точно такую модель, другие обращаются за помощью к знающим друзьям. Есть и те, кто консультируется в сервисах технического обслуживания и автомобильных магазинах. В этом материале мы попытаемся объяснить основные характеристики автомобильных аккумуляторов и разберём основную терминологию.

Назначение аккумуляторных батарей и основные типы

Автомобильный аккумулятор обеспечивает питание различных потребителей в автомобиле в тот момент, когда двигатель заглушён или работает с малой частотой вращения коленчатого вала (холостой ход). При работе мотора на высокой частоте вращения питание потребителей идёт от генератора. Аккумулятор также вступает в дело, когда генератор не справляется с нагрузкой.

Среди свинцово-кислотных аккумуляторов можно выделить класс гелевых батарей, обладающих более продвинутыми характеристиками по сравнению с жидким электролитом. Кислота в них находится в гелеобразном состоянии. Подробнее о том, что такое аккумуляторная кислота, читайте в материале по ссылке. Есть и другие модификации кислотных батарей. В основном различия в них сводятся к добавлению разных легирующих элементов в свинцовые пластины. Это может быть кальций, серебро. Кстати, в пластины большинства стандартных аккумуляторов добавляется сурьма. В результате увеличивается стойкость пластин к нагреву и охлаждению.

Большинство легирующих добавок увеличивают стойкость пластин к коррозии и сульфатации, но имеют и свои недостатки.

Есть ещё аккумуляторы, которые выполняются по технологии «никель-металлогидрид», а также литиевые батареи. Последние, в свою очередь, подразделяются на ионные, фосфатные и полимерные. Никель-металлогидридные и литиевые аккумуляторы имеют специфические характеристики и используются в автомобилях с гибридными двигателями. Такие АКБ не могут работать в сети питания стандартного авто.

Автомобильные аккумуляторы можно классифицировать по такой характеристике, как напряжение. Вы можете посмотреть эту классификацию в таблице ниже.

Номинальное напряжение, В	Вид транспортного средства
6	мопеды, квадроциклы, скутеры и т.п.
12	легковые автомобили, мотоциклы
24	грузовые автомобили, спецтехника
Номинальное напряжение, В	Вид транспортного средства

Ёмкость;
Ток холодной прокрутки;
Электродвижущая сила (ЭДС);
Внутреннее сопротивление и напряжение;
Полярность;
Степень заряженности;
Особенности конструкции: масса, типоразмер;
Срок эксплуатации;
Срок хранения;
Саморазряд.

Теперь пройдёмся по ним подробнее.
Вернуться к содержанию

Ёмкость

Ёмкость аккумулятора – это характеристика, показывающая количество электричества, которое он отдаёт, разряжаясь до минимально допустимого напряжения. Измеряется ёмкость в Ампер-часах (А-ч). Подробно о том, что такое ампер-час, читайте по ссылке. Номинальную ёмкость автомобильного аккумулятора проверяют следующим образом. Ведётся разрядка аккумулятора до напряжения 10,5 вольта силой тока, составляющей 0,05 от указанной ёмкости АКБ, в течение 20 часов. Температура электролита при этом должна находиться в интервале 18–27 градусов Цельсия.

Формула расчета тока разряда аккумулятора

Если вы будете таким способом проверять ёмкость нового аккумулятора, будьте готовы к тому, что время разряда сначала будет меньше. Такую характеристику, как ёмкость, аккумулятор набирает после трёх – пяти циклов заряда – разряда.

Для определения ёмкости аккумуляторной батареи можно использовать такой прибор, как нагрузочная вилка. В состав этого устройства входят вольтметр, нагрузочное сопротивление, контактные клеммы (площадки), корпус, рукоятка. Нагрузочное сопротивление выбирается так, чтобы ток был равен:

Формула расчета ёмкости аккумулятора

Ёмкость аккумулятора зависит от многих параметров. Это:

Количество пластин и их конструкция;
Температура;
Сила разрядного тока и режим разряда;
Изношенность.

И это неполный перечень характеристик. Ёмкость – это единственный параметр автомобильного аккумулятора, который наиболее полно характеризует его состояние. Чтобы продлить срок службы свинцово-кислотной батареи, лучше всего использовать небольшую часть от её ёмкости до процесса зарядки. При глубоких разрядах срок службы аккумулятора автомобиля значительно сокращается.

В таблице ниже можно посмотреть таблицу примерного соответствия ёмкости аккумулятора типу транспортного средства (объёму двигателя).

Ёмкость аккумулятора, А-ч	Транспортное средство	Объем двигателя, л
55	легковые автомобили	1 — 1,6
60	легковые автомобили	1,3 — 1,9
66	легковые автомобили (кроссоверы, внедорожники)	1,4 — 2,3
77	грузовые автомобили малой грузоподъемности	1,6 — 3,2
90	грузовые автомобили средней грузоподъемности	1,9 — 4,5
140	грузовые автомобили	3,8 — 10,9
190	спецтехника (экскаваторы, бульдозеры)	7,2 — 12
200	грузовые автомобили (фуры, автопоезда)	7,5 — 17
Ёмкость аккумулятора, А-ч	Транспортное средство	Объем двигателя, л

Ток холодной прокрутки

Этот параметр, который ещё называется пусковым током, указывается на батарее рядом со значением ёмкости. Подробнее о маркировке автомобильных аккумуляторов. Ток холодной прокрутки определяется следующим образом.

Аккумуляторная батарея охлаждается до – 18 градусов Цельсия и разряжается пусковым током в течение 30 секунд. По ГОСТу напряжение после этого должно составить не менее 8,4 вольта. А после 150 секунд разряда не менее 6 В. При постоянном токе разряда ёмкость можно вычислить по следующей формуле.

Формула для расчета стартерного тока

Электродвижущая сила (ЭДС)

Электродвижущая сила батареи – это характеристика, которая показывает напряжение на клеммах аккумулятора без внешней нагрузки и утечек. Величина измеряется вольтметром или мультиметром. На ЭДС оказывают влияние два параметра: плотность электролита и его температура. Электродвижущая сила увеличивается с ростом плотности электролита.

При температуре 18 градусов Цельсия и плотности 1,27 грамма на сантиметр кубический ЭДС одной банки составляет 2,12 В. У аккумуляторной батареи из 6 банок ЭДС будет 12,7 В.
Ниже приведена зависимость величины ЭДС от плотности электролита, выведенная эмпирическим (опытным путём). Она работает для плотности в интервале 1,05–1,3 гр/см. куб.

Эмпирическая формула расчета ЭДС в зависимости от плотности электролита

В отличие от ёмкости, по величине электродвижущей силы нельзя достоверно судить о состоянии аккумулятора. ЭДС позволяет найти критичные неисправности АКБ, к примеру, замыкание пластин. Подробнее о напряжении аккумулятора автомобиля читайте в материале по ссылке.
Вернуться к содержанию

Внутреннее сопротивление

Этот параметр автомобильного аккумулятора включает в себя сопротивление пластин, электролита, сепараторов, крепёжных элементов и т. п. Внутреннее сопротивление понижается при увеличении ёмкости АКБ. Оно увеличивается при понижении температуры и уменьшении заряда аккумулятора. Ниже можно посмотреть формулу зависимости напряжения и ЭДС в процессе заряда-разряда.

Зависимость напряжения и ЭДС при зарядке аккумулятора

Зависимость напряжения и ЭДС при разряде аккумулятора

Ниже можно посмотреть зависимость напряжения АКБ от степени зарядки.

Формула зависимости напряжения от степени заряженности аккумулятора

Генератор на легковом автомобиле вырабатывает напряжение 14–14,5 В. Достаточное для зарядки напряжение он выдаёт при оборотах коленчатого вала в районе 2 тысяч в минуту.

Получается, что зарядка происходит только в момент разгона в городе и при движении на большой скорости по загородной трассе. Для полного заряда требуется около 12 часов в таком режиме.

Напряжение, вырабатываемое генератором, увеличивать нельзя, поскольку при 14,5 вольт начинается процесс электролиза воды на кислород и водород. Из-за такой специфики работы аккумуляторная батарея находится в состоянии неполной зарядки.

На изображении ниже можно посмотреть вольт – амперные характеристики АКБ в процессе разрядки стартерным током, то есть потребляемым стартером в момент запуска двигателя автомобиля.

Вольт – амперные характеристики аккумуляторной батареи

Степень заряженности

На степень заряженности АКБ оказывает влияние большое количество параметров и её точное значение определить довольно сложно. Это позволяют сделать только дорогие зарядные устройства со сложной электроникой. Но при эксплуатации АКБ вам вполне хватит оценочных значений. Степень заряженности аккумулятора можно узнать по напряжению и плотности электролита (для свинцово-кислотных АКБ соответствующего типа).

Напряжение полностью заряженной аккумуляторной батареи с жидким электролитом составляет около 12,7 В. Для гелевых аккумуляторов это значение находится в интервале от 13 до 13,4 В.

Ниже можно посмотреть таблицу плотности электролита и взаимосвязь с ней характеристик аккумулятора.

Плотность электролита, г/см. куб. (+15 гр. Цельсия)	Напряжение, В (в отсутствии нагрузки)	Напряжение, В (с нагрузкой 100 А)	Степень заряда АКБ, %	Температура замерзания электролита, гр. Цельсия
1,11	11,7	8,4	0	-7
1,12	11,76	8,54	6	-8
1,13	11,82	8,68	12,56	-9
1,14	11,88	8,84	19	-11
1,15	11,94	9	25	-13
1,16	12	9,14	31	-14
1,17	12,06	9,3	37,5	-16
1,18	12,12	9,46	44	-18
1,19	12,18	9,6	50	-24
1,2	12,24	9,74	56	-27
1,21	12,3	9,9	62,5	-32
1,22	12,36	10,06	69	-37
1,23	12,42	10,2	75	-42
1,24	12,48	10,34	81	-46
1,25	12,54	10,5	87,5	-50
1,26	12,6	10,66	94	-55
1,27	12,66	10,8	100	-60
Плотность электролита, г/см. куб. (+15 гр. Цельсия)	Напряжение, В (в отсутствии нагрузки)	Напряжение, В (с нагрузкой 100 А)	Степень заряда АКБ, %	Температура замерзания электролита, гр. Цельсия

Вернуться к содержанию

Особенности конструкции: масса, типоразмер

Масса большинства аккумуляторов для легковых автомобилей лежит в интервале от 14 до 20 килограмм. Масса практически всегда указывается на этикетке с прочими характеристиками автомобильных аккумуляторов. Возможно, вам пригодится таблица веса аккумуляторов.

С типоразмером ситуация несколько сложнее. Сейчас в продаже можно встретить различные исполнения батарей. Но практически все можно отнести к одному из следующих типоразмеров:

Европейский. Европейский тип – корпус высотой 190 миллиметров и клеммы, расположенные в углублениях корпуса;
Азиатский. Азиатский тип – корпус высотой от 220 до 225 миллиметров и клеммы, выступающие за габариты корпуса АКБ;
Американский. Американский тип – боковое расположение клемм. На отечественном рынке встречается редко.

По технологическому исполнению аккумуляторы делятся на:

Необслуживаемые. Этот тип аккумуляторов стали выпускать около 30 лет назад. Они имеют более высокий пусковой ток и длительное время эксплуатации, чем у обслуживаемых АКБ. Чувствительны к напряжению в сети и не требуют обслуживания;
Мало обслуживаемые. Большинство батарей на современном рынке являются мало обслуживаемыми. Они имеют оптимальное соотношение цена / эксплуатационные характеристики. Требуют периодического обслуживания;
Обслуживаемые. Это полностью обслуживаемые аккумуляторные батареи, в которых можно заменить банки. Требуют регулярного обслуживания. На данный момент уже не продаются.

Если вы подбираете новую АКБ, то можете прочитать обзорную статью про аккумулятор Титан.
Вернуться к содержанию

Полярность

Эта характеристика влияет на расположение аккумулятора под капотом авто. Батареи выпускаются с прямой и обратной полярностью. Различить их просто. Если повернуть аккумулятор к себе клеммами, то в случае прямой полярности минусовая клемма должна быть справа, а плюсовая слева. При обратной полярности наоборот. Отечественные производители выпускают модели с прямой полярностью, европейские с обратной.

Клеммы у аккумуляторов также бывают разных стандартов.

Европейский Type 1. Клемма «плюс» имеет диаметр 19,5 миллиметров, клемма «минус» — 17,9;
Азиатский Type 3. Клемма «плюс» имеет диаметр 12,7 миллиметров, клемма «минус» — 11,1.

Срок хранения

Срок хранения аккумуляторных батарей невелик. Батарея в сухозаряженном состоянии может храниться до двух лет. При этом гарантийный срок хранения составляет 1 год.
Вернуться к содержанию

Срок эксплуатации

При соблюдении основных правил эксплуатации АКБ увеличивается срок её службы в среднем 4 года. Хотя, если грамотно подходить к обслуживанию аккумулятора, он может прослужить 7–8 лет.
Вернуться к содержанию

Саморазряд батареи

Саморазряд – это процесс падения ёмкости аккумулятора в процессе простоя. Он происходит из-за окислительно-восстановительных процессов на электродах разной полярности. Но отрицательный электрод страдает от этого больше, поскольку свинец с отрицательных пластин взаимодействует с серной кислотой из электролита. При этом происходит выделение водорода. Активность растворения свинца возрастает при увеличении плотности электролита.

Процесс саморазряда также провоцируется загрязнениями на поверхности аккумулятора. Электролит, вода и прочие жидкости создают благоприятные условия для разряда АКБ через проводящую плёнку между выводами батареи.

Здесь нужно отметить некоторые особенности процесса саморазряда:

При понижении температуры он снижается и при 0 С практически прекращается. Так, что хранить батарею нужно в заряженном состоянии при низкой температуре;
Процесс саморазряда становится более активным к концу срока службы аккумулятора. Глубокий разряд значительно усиливает саморазряд при последующей зарядке;
Саморазряд можно снизить, используя более чистые серную кислоту и дистиллированную воду для приготовления электролита;
Саморазряд идёт наиболее активно в течение суток с момента заряда АКБ;
Нормальным считается саморазряд, когда в сутки идёт потеря 1 процента ёмкости аккумулятора.

Безопасность

Помимо характеристик автомобильного аккумулятора, не менее важным является знание техники безопасности при эксплуатации и обслуживании АКБ. В первую очередь обратите внимание на следующие моменты:

Аккумулятор должен быть надёжно закреплён в подкапотном пространстве автомобиля;
При измерении плотности электролита и его замене необходимо использовать средства индивидуальной защиты (очки, резиновые перчатки). Держите рядом пищевую соду и воду на случай, если электролит попадёт на кожу;
Нельзя замыкать клеммы аккумулятора;
Перед тем как заряжать аккумулятор, выверните пробки из банок обслуживаемого аккумулятора.

Вот, что может случиться, если не соблюдать правила техники безопасности.
Вернуться к содержанию

Трудности выбора

Выбор аккумулятора – непростое дело. На первый взгляд может показаться, что это совсем простое устройство. Но на деле получается, что у него полно характеристик, имеющих важное значение. Но не стоит впадать в отчаяние. Вам по большому счету нужно определиться с типоразмером АКБ, видом, ёмкостью и пусковым током. В принципе все эти параметры вы можете узнать осмотреть свой старый аккумулятор.

Источник