На что влияют ампер часы в аккумуляторе

Что такое ёмкость автомобильного аккумулятора и какое значение выбирать?

Автомобильный аккумулятор имеет ряд параметров, по которым его можно выбрать для того или иного транспортного средства. И это не только габариты, масса, расположение выводов. Это ещё и электрические характеристики, по которым можно судить о назначении аккумуляторной батареи. Сегодня в магазинах можно встретить аккумуляторы для мотоциклов, легковых автомобилей, грузовиков и спецтехники. Все они различны по своим показателям. Даже для различных классов легковых автомобилей аккумуляторы отличаются по своим электрическим параметрам. Если выбрать неподходящую АКБ, то могут возникнуть проблемы при последующей эксплуатации. Одна из ключевых характеристик аккумуляторной батареи – ёмкость. О ней мы сегодня и поговорим.

Основные характеристики аккумулятора

К основным характеристикам автомобильного аккумулятора относятся следующие:

Ёмкость автомобильной аккумуляторной батареи

Как уже было сказано, ёмкость АКБ измеряется в ампер-часах. Это значение обычно содержит наклейка автомобильного аккумулятора вместе с величиной пускового тока. Пример можно видеть ниже.

Обозначение ёмкости аккумуляторной батареи

Например, значение 72 А-ч показывает, что этот автомобильный аккумулятор сможет на протяжении 20 часов выдавать ток 3,6 ампер. При этом по окончании цикла напряжение на выводах должно составлять не менее 10,8 вольт. Но следует помнить, что этот же аккумулятор не сможет ток 72 ампер в течение 1 часа. При увеличении тока время разряда уменьшается, и это уменьшение выражается степенной зависимостью.

Одним из первых формулу этой зависимости вывел Пейкерт, немецкий учёный. Он вывел следующую формулу:

C_p — ёмкость аккумулятора,

k — коэффициент Пейкерта,

Коэффициент Пейкерта, используемый в формуле является постоянной величиной для определённого вида аккумуляторов. Для автомобильных свинцово-кислотных АКБ число Пейкерта лежит в пределах 1,15─1,35. Эта константа определяется по величине номинальной ёмкости АКБ.

В результате была выведена формула для расчёта реальной ёмкости АКБ при произвольном значении разрядного тока:

E_n — номинальная ёмкость АКБ,

Е – реальная ёмкость аккумулятора,

I_n номинальное значение разрядного тока, при котором установлена номинальная ёмкость. Ток в цикле 10 или 20 часов. Как правило, это 9 процентов от E_n.

Номинальная ёмкость аккумулятора определяется рядом технологических и конструктивных характеристик. Очень сильное влияние оказывают и условия эксплуатации автомобильной аккумуляторной батареи. Среди первоочередных характеристик, влияющих на этот параметр, можно назвать состав электролита, количество активной массы, геометрию и толщину свинцовых пластин. Основными технологическими характеристиками, определяющими величину ёмкости, являются состав и пористость активной массы. Кроме того, на разрядную ёмкость, как уже говорилось выше, влияют величина тока разряда и температура электролита.

Эффективность работы автомобильного аккумулятора можно оценить по следующей формуле:

E_p – ёмкость АКБ, рассчитанная при разряде, А-ч,

E_o – значение, рассчитанное на основе его электрохимических параметров, А-ч.

Как следует из закона Фарадея, чтобы получить ёмкости 1 А-ч, в теории требуется 3,865 грамма Pb, 4,462 грамма PbO₂ и 3,659 грамм H₂SO₄. В сумме получается около 11,986 грамм на 1 А-ч. Но в реальности таких значений добиться невозможно. Полного расходования активных веществ в протекающей химической реакции добиться невозможно. Для реакции с электролитом доступна лишь половина активной массы пластин. Другая половина просто обеспечивает объёмный каркас пластин и механическую прочность электродов.

Как проверить ёмкость АКБ

Некоторые любознательные владельцы автомобилей интересуются, а как измерить ёмкость автомобильного аккумулятора своими руками. Кто-то хочет сделать это из любопытства, другие хотят проверить соответствие реального значения ёмкости тому, что написано на этикетке. Как же это сделать?

Все довольно просто. Все данные для этого уже были приведены выше. Например, можно проверить ёмкость автомобильной АКБ при проведении контрольно-тренировочного цикла. Для этого собирается следующая схема.

Схема устройства для проведения контрольно-тренировочного цикла аккумулятора

Здесь U – напряжение батареи,

Ток разряда выбирается в зависимости от ёмкости автомобильной батареи и цикла разряда (10 или 20 часов). На практике для разряда обычно используют автомобильную лампочку подходящей мощности. Мультиметром можно измерить точную величину проходящего в цепи тока и засекаете время до падения напряжения до 10,8 вольт. Полученное время, умноженное на ток, и будет реальной ёмкостью автомобильной батареи.

Как выбрать правильную ёмкость аккумулятора для своего автомобиля?

Обычно этот параметр аккумулятора подбирают по объёму двигателя. Ниже приводится таблица зависимости от объёма двигателя транспортного средства.

Как видите, для легковых автомобилей самыми ходовыми являются автомобильные батареи ёмкостью 50─65 А-ч. Для внедорожников обычно устанавливают батареи ёмкостью 70─90 А-ч. Здесь стоит отметить ряд моментов, когда следует брать АКБ с ёмкостью немного больше:

Но, помните, что слишком высокое значение также «не есть хорошо». Этому есть две причины:

Рекомендуем также прочитать статью про виды аккумуляторов для автомобилей.
Вернуться к содержанию

Источник

2 Схемы

Принципиальные электросхемы, подключение устройств и распиновка разъёмов

Что такое ампер-час в аккумуляторной батарее?

Потребители энергии получают определенный ток от батареи или аккумулятора. Как долго они могут работать, зависит от емкости элементов, составляющих батарею. Если нагрузка потребляет ток 1 А, он будет заряжаться 1 Ач в течение часа. Батарея 10 Ач теоретически может питать потребитель, требующий 1 А в течение 10 часов. Для того, которому требуется ток 2 А, время работы от батареи 10 Ач будет сокращено до 5 часов. Резистивные нагрузки (например лампочка) будут потреблять меньший ток при падении напряжения батареи. Потребители, оснащенные преобразователем постоянного тока, могут получать постоянную мощность даже при изменении напряжения, то есть когда напряжение питания падает, они потребляют больше тока.

Напряжение, ток, мощность – что это за значения и как они связаны? Позвольте вставить немного теории.

Напряжение

Напряжение выражается в вольтах, пишется [В]. Представьте себе двух враждующих собак, которых владельцы держат на поводках. Эти собаки представляют собой группы электрических зарядов и сила, которую они тянут – это напряжение. Чем больше сила взаимодействия между ними, тем больше напряжение. Поэтому нет смысла говорить о напряженности только в одной точке – она всегда определяется между двумя точками.

Точно так же высота холмов дана над уровнем моря (то есть мера простирается между поверхностью морской воды и вершиной горы) или относительно другой точки, например города, расположенного у его подножия. В обоих случаях это одинаковые высокие части, но измеренные по-разному.

То же самое с напряжением: измеренное относительно одной точки в схеме будет иметь одно значение, а относительно другой – другое значение. Поэтому электроника приняла существование так называемой массы, то есть точки, от которой измеряем все напряжения. Мы измеряем их с помощью вольтметра, подключенного параллельно цепи к источнику напряжения.

Напряжение может существовать и “само по себе”. Например покупаем батарейку 1,5 В и она имеет напряжение, близкое к номинальному напряжению между клеммами. Если оставим её лежать в шкафу, напряжение на контактах батареи будет оставаться таким-же через несколько дней, месяцев или даже лет. Со временем конечно напряжение будет уменьшаться в результате химических процессов, происходящих внутри ячейки.

Сила тока

Ток, его интенсивность указывается в амперах, пишется [A]. Это результат действия напряжения: как только две группы зарядов смогут взаимодействовать друг с другом через какой-то путь, сила тока будет описывать, как быстро они это делают. То есть сила электрического тока – это количество зарядов, протекающих по цепи в секунду. Тем не менее, никто не считает отдельные электроны, физики изобрели несколько методов для облегчения этого дела.

Ток определяется в одной точке цепи: в проводе, резисторе, аккумуляторе и так далее. Мы измеряем его с помощью амперметра, подключенного последовательно в цепи – на время измерения он имитирует кусок провода (но амперметр имеет ненулевое сопротивление, которое иногда следует принимать во внимание).

Сопротивление

Закон Ома связывает ток и напряжение в еще один элемент – сопротивление. Именно это сопротивление является путем, по которому группы зарядов могут перемещаться с одной стороны на другую. Чем оно больше, тем уже этот путь, поэтому поток медленнее (меньший ток). Единица сопротивления – Ом.

При вычислении напряжение обычно обозначают как U, ток как I, а сопротивление R. Если хотим выразить соотношение между этими переменными, то будем использовать закон Ома, а именно:

U = I * R

Например, на резисторе 100 Ом, через который протекает ток 0,1 А, будет падение напряжения:

0,1 А * 100 Ом = 10 В

Мощность

Электричество выражается в ваттах, единица измерения [Вт]. Чтобы объяснить суть, обратимся к физическому определению: это работа, выполненная за единицу времени. Таким образом, его можно рассматривать как скорость потока энергии, которая передается схеме источниками или извлекается из нее потребителями.

Ключевое слово «за единицу времени». Благодаря этому некоторые элементы способны передавать мощность в десятки киловатт, но это происходит всего за несколько микросекунд. Энергия выделяемая в это время настолько мала, что корпус элемента даже не нагревается.

В расчетах переменная для мощности обычно упоминается как P, можем соотнести мощность в электрических цепях с напряжением и током через такую формулу:

P = U * I

Используя закон Ома, можем легко преобразовать формулу в зависимость от тока и сопротивления:

P = I2 * R

Так на резисторе 100 Ом, через который протекает 0,1 А, будет выделяться мощность (в виде тепла):

0,1A * 0,1A * 100 Ом = 1 Вт

Преобразовав формулы вы можете рассчитать любой ток, например протекающий через нить накала автомобильной лампы.

Точно так же на аккумуляторных батареях или батареях имеется надпись, например 55 Ач, то есть теоретически емкость заряженной батареи позволяет потреблять, например, ток 1 А в течение 55 часов. А надпись на батарейке 3 Втч означает, что теоретически, 3 Вт можно получить в течение часа.

Вообще ампер-час как единица измерения давно используется для семейств АКБ с фиксированным напряжением, например, бортовых аккумуляторов в легковых автомобилях.

На заметку: свинцово-кислотная батарея предпочитает периодические нагрузки постоянному сильному разряду. Периоды отдыха позволяют батарее изменить химическую реакцию и предотвратить истощение. Вот почему свинцовая кислота хорошо работает в пусковом устройстве с короткими нагрузками в сотни ампер и достаточным временем для перезарядки между ними.

Закон Пейкерта

Для кислотных батарей действует так называемый Закон Пейкерта, который определяет зависимость доступной емкости от тока, потребляемого от ячейки. Проще говоря, чем больше тока потребляем, тем меньше эффективная мощность.

Закон Пейкерта учитывает внутреннее сопротивление и скорость восстановления батареи. Значение, близкое к единице, указывает на хорошо работающую батарею с хорошей эффективностью и минимальными потерями; большее число отражает менее эффективную батарею. Закон Пейкерта экспоненциальный – показания для свинцовой кислотной находятся в диапазоне от 1,3 до 1,5 и увеличиваются с возрастом. Температура также влияет на показания. Рисунок иллюстрирует доступную мощность в зависимости от ампер, рассчитанных с различными значениями рейтинга Пейкерта.

Например, свинцово-кислотная батарея емкостью 120 Ач, разряжаемая при 15 А, должна работать 8 часов (120 Ач делится на 15 А). Неэффективность, вызванная эффектом Пейкерта, сокращает время разряда. Чтобы рассчитать фактическую продолжительность разряда, разделите время на показатель Пейкерта, который в этом примере равен 1,3. Как видите деление времени разряда на 1,3 сокращает продолжительность с 8 до 6,15 часов.

И в продолжение темы ещё одна интересная статья по вопросу правильного выбора напряжения заряда автомобильных АКБ и возможности использовать для этого подручные БП.

Источник

Что такое Ампер-часы в аккумуляторе и как их перевести в Ватт-часы?

Почему измерение ёмкости проводится в ампер часах?

Что такое «Ампер в час»? – это единица измерения электрического заряда, основное назначение которое выражается ёмкостью АКБ. Внесистемной единице можно дать логическое объяснение.

СПРАВКА! Одним «Ач» считается заряженный электрон, что проходит на протяжении одного часа сквозь площадь металлического проводника при пропускании тока в 1 Ампер.

То есть теоретически – полностью заряженная батарея с ёмкостью в 1000 мАч готова демонстрировать силу тока в 1 А в течении 1 ч. Если потребуется ток 10А, то АКБ сможет выдать его в течении 0,1 ч. Если нужен ток в 0,2 А, батарея будет выдавать его за 5 часов. Логика перевода здесь ясно прослеживается.

В малогабаритных аккумуляторах для удобства счисления используют значение миллиампер в час. В редких случаях используют микроампер в час. Этими АКБ оснащаются малые устройства – в основном электроника.

В реалиях ёмкость батареи приводят, опираясь на двадцатичасовой цикл разряда до «Minimum»-значения «Umin» – тот параметр, до которого лучше не доводить перезаряжаемую батарею.

Рассмотрим на реальных примерах, что значит значение ёмкости.

Пример расчета выдаваемого тока в автомобильном АКБ

В авто используют увесистые аккумуляторы с большой емкостью. Например, ёмкость аккумулятора 6CT-62N равна 62 Ач. Из этого значения можно рассчитать силу тока, которая будет разряжать устройство равномерно до конечного напряжения. В автомобиле оно равно 10,8 В. Измерения делаются исходя из исходных данных:

Чтобы узнать, какой ток способен выдавать аккумулятор на протяжении 20 часов, следует:

Дополнительно, перевести ёмкость Ач можно в единицу измерения – кулон. 1 Кл/с = 1 А, или 1 Ач = 3600 Кл.

Перевод в Вт/ч

Изготовителей аккумуляторных батарей условно необходимо поделить на две касты:

Самое интересное, эти единицы измерения указывают на ёмкость аккумулятора. Для измерения максимально точного значения ёмкости путем перевода Втч в Ампер часов, необходимо провести математический расчет с использованием интегралов от показателя мгновенной мощности, которое выдает перезаряжаемая батарея при разряде.

Но если рассчитать нужно приблизительно, можно оперировать средними показателями напряжения и используемого тока, приведя все данные к такому знаменателю:

Если приплюсовать сюда время, выйдет:

Расшифровка формулы следующая – запасаемая энергия (ватт-час) с допустимой погрешностью равна произведению запаса заряда (Ампер часы в аккумуляторе) на напряжение (В, среднее).

Е=q*U

E=q*U*3600

Если Вт конвертировать в Дж.

Вернемся к примеру, с АКБ, который необходим для стартера. В нем сказано, что запасаемые заряд равен 62 Ач, рабочее напряжение – 12 В.

Ёмкость (запасаемая энергия) с допустимой погрешностью равняется:

62 Ач * 12 В = 744 Втч = 744 Втч*3600 = 2,678 МДж.

Применение АКБ

Есть множество типов аккумуляторов, которые используют в различных гаджетах, направлениях и системах:

Уже несколько десятилетий подряд Li-ion АКБ считаются наилучшими для небольших устройств из-за быстрого заряда, большей ёмкости в соизмерении с размером, имеют меньший вес и более долгий срок службы.

Что происходит в период эксплуатации?

К сожалению, со временем, все перезаряжаемые батареи проходят через процессы химического старения. В следствии этого, ёмкость постепенно уменьшается, что приводит к необходимости частого заряда. В дополнение к такому процессу может снижаться максимальная мгновенная производительность АКБ (ее еще называют пиковой).

Чтобы прибор с перезаряжаемой батареей корректно работало, все электрозависимые компоненты должны незамедлительно получать доступ к электропитанию.

Главным фактором, влияющим на мгновенную передачу заряда АКБ есть его полное сопротивление. Если оно высокое, то перезаряжаемая батарея не всегда сможет отдавать тот заряд, которой требуется для качественной работы прибора. Из-за этого оно может не запускаться или прекратить работать. Полное сопротивление АКБ может увеличиваться:

Если же порог минимального напряжения для работы АКБ будет преодолён при увеличении сопротивления (то есть станет меньшим количество выдаваемых мАч) – автономная работа устройства поддерживаться не сможет.

Источник

Аккумулятор с ёмкостью больше штатной: когда можно ставить и когда нельзя?

Пришли холода и первые ночные заморозки – а, значит, стоит ждать неприятных сюрпризов от стареньких аккумуляторов, которые теплым летом еще кое-как справлялись со своими задачами. Автовладельцы отправляются в магазин за новыми батареями, и многим приходит в голову мысль: а может быть, взять емкость побольше прежней?

Даже в наши просвещенные времена в народе живет и не думает умирать популярный гаражный миф, согласно которому установка аккумулятора с емкостью, выше паспортной, считается опасной. Дескать, стартер сгорит, а генератор надорвется, ибо электросистема автомобиля «рассчитана на аккумулятор определенной емкости».

Однако на самом деле емкость аккумулятора может быть любой!

Можно в два раза больше, можно в три. В пять. В десять. Сколько влезет. Лишь бы не меньше штатной. Если взбредет в голову такая блажь, можно поставить в багажник Daewoo Matiz «грузовой» аккумулятор на 12 вольт/225 ампер-часов, массой около 60 килограммов, и вывести толстые провода от него в моторный отсек. И даже в таком случае никаких проблем в электросети автомобиля не возникнет – ни со стартером, ни с генератором. Стартер будет исправно крутить, точно так же, как и с родным матизовским АКБ емкостью 35 ампер-часов. А генератор – заряжать.

Почему так? Все очень просто!

Сгорит ли стартер?

Сперва об «опасности сжечь стартер». Выразимся не совсем технически, но понятно – не батарея дает стартеру ток изо всех своих сил, а стартер берет его у батареи – столько, сколько ему нужно.

Обладая постоянным собственным сопротивлением, он берет от аккумулятора ток, согласно классическому закону Ома – напряжение батареи делится на сопротивление стартера. И если, скажем, стартер того же Матиза потребляет ток 100 ампер (условно) от родной 12-вольтовой батареи емкостью 35 ампер-часов и размером с пакет молока, то те же 100 ампер (а не двести, не триста и т.п.) он возьмет и от огромной 60-килограммовой 225-амперчасной батареи, вытащенной гипотетически из какого-нибудь грузовика (при условии, что она тоже 12-вольтовая, разумеется).

Будет ли недозаряд?

Теперь об «опасности недозаряда». В рамках того же популярного мифа многие считают, что если штатный аккумулятор автомобиля заряжается генератором исправно, то с увеличенной емкостью батарея будет всегда недозаряженной. И это тоже категорически не так!

Стартер (как и любые прочие электропотребители автомобиля) обладает постоянными и неизменными характеристиками «аппетита» — перейдем уж полностью на кулинарную терминологию для простоты. И если представить количество энергии в полностью заряженном аккумуляторе, как некий объем воды, то для запуска двигателя стартер «выпьет» из батареи, скажем, один «литр». А генератор этот «литр» восполнит минут за десять поездки. И нет никакой разницы – откуда этот «литр» будет взят и куда возвращен – из емкости объемом 35 «литров» или из емкости 225 «литров»!

Для чего нужна повышенная емкость?

А, собственно, в идеальных условиях она и… не нужна! Если генератор и электропроводка автомобиля исправны, а поездки регулярно восполняют затраченный стартером объем энергии, то можно годами ездить, вообще не интересуясь состоянием аккумулятора – как будто его нет.

Но это идеальная ситуация, в жизни встречающаяся редко. На деле батареи в машинах большинства жителей городов всегда находятся в состоянии небольшого перманентного недозаряда. Завели машину (отняли часть запаса энергии батареи), поехали, встали в пробку. На холостых оборотах работа генератора малоэффективна, а если включить свет, печку, разные обогревы и прочее, то аккумулятор вообще перестает пополняться.

В итоге, если вернуться к литрам воды, изображающим энергетическое содержимое аккумулятора, то за поездку был затрачен, скажем, «литр», а возвращено 0,7. И так каждый день. Если ничего не предпринимать (а нужна либо зарядка аккумулятора внешним зарядным устройством, либо хотя бы хорошая дальняя поездка с ветерком и без пробок), то через какое-то время в один далеко не прекрасный день вы просто не заведете мотор.

А с батареей увеличенной емкости? Тоже не заведете! Но только случится это позднее. На неделю. На две. Или на месяц. В зависимости от объема емкости сверх нормы и многих других факторов. Срок прибавки не спрогнозировать. Но этот временной «бонус» может очень здорово помочь – возможно, в течение него, к примеру, выдастся дальняя поездка. Или вовсе весна наступит…

А когда нельзя поставить батарею повышенной емкости?

Препятствия часто могут быть чисто геометрические. Это на Волге или старом УАЗе под капотом был запас свободного места на вдвое большую батарею, а на многих современных машинах место под аккумулятор ограничено весьма жестко – влезает аккумулятор со строго определенными габаритами длины, ширины и высоты, и все. И в этих параметрах вам, скорее всего, удастся купить только батарею той же емкости, что и была. Ну, максимум на пять ампер-часов больше…

Совсем другая история — когда батарею увеличенной емкости поставить физически возможно, но «просто взять и заменить» нельзя – после замены требуется внести изменения в настройки системы управления двигателем! «Что за бред?!» – спросил бы технически грамотный автовладелец лет, эдак, десять-пятнадцать назад. И был бы прав – это действительно звучит как бред, ибо раньше система зарядки аккумулятора от генератора была полностью самодостаточной и автономной, и «мозги» автомобиля не вмешивались в этот процесс. На бюджетных машинах в массе своей так, в общем-то, и осталось, но в современных авто от среднего класса и выше процесс зарядки батареи все чаще комплексно контролирует умная электроника, «менеджер бортовой электросети».

Работает это так: на проводе, идущем от аккумулятора к генератору, стоит датчик силы и направления тока, по которому «мозги» определяют количество энергии, идущее от аккумулятора (разряд) и обратно (заряд). А поскольку в память управляющей программы занесено значение штатной емкости батареи, она всегда в режиме реального времени знает, до какой степени реально наполнен аккумулятор.

Знание состояния аккумулятора важно на автомобиле с развитой электрикой и электроникой – с опцией «старт-стоп» и прочими сервисами. К примеру, система может отследить существенное снижение уровня заряда батареи из-за длительного движения в пробках с множеством включенных мощных электропотребителей, и в какой-то момент по своему разумению отключить часть из них принудительно. Обычно что-то необязательное, типа обогрева заднего стекла или сидений. Восстание машин? Нет, забота! Чтобы вы завтра наутро завели мотор, а не бегали с проводами в поисках прикуривальщика…

Также система может снизить напряжение в бортсети, подав команду на генератор, если аккумулятор полностью заряжен, дабы уменьшить выкипание воды из электролита и продлить батарее жизнь. Есть еще много разных ситуаций, в которых задействован «менеджер электричества», но основа его корректной работы – знание реальной емкости батареи.

Если вы просто поставите АКБ увеличенной емкости, весь контроль потоков энергии к батарее и от нее пойдет насмарку, ибо рассчитываться все будет исходя из иной начальной емкости, неверной. Поэтому эти данные нужно запрограммировать в систему – вот только, к сожалению, для этого обычно требуется дилерский софт и диагностическое оборудование. Конечно, если вы где-то в глуши, вдали от официального сервиса были вынуждены купить и самостоятельно поставить батарею иной емкости, нежели была, ничего страшного прямо сразу не случится – вы заведете мотор, поедете, и все системы управления, комфорта и безопасности будут исправно работать. Но заехать в ближайшее время к дилеру и «прописать» в системе новую батарею все же стоит.

Источник