Коли доводиться вибирати акумулятор або будь-який пристрій, оснащений таким джерелом живлення, вам трапляється на очі параметр ємності. Більшість користувачів розуміє його значення поверхнево, не повністю. І мало хто знає, що ємність акумулятора має особливості, суміжні характеристики, а також в деяких випадках може навіть зменшуватися. Розглянемо, як вимірюється ємність акумулятора, що означає цей параметр, на що він впливає. А також розберемо, як не допустити зниження ємності, якщо ви вирішили купити новий акумулятор або користуєтеся тим, який вже встиг попрацювати.
Що означає ємність батареї та на що вона впливає
Порівняємо акумулятор з паливним баком автомобіля. Об'єм паливного бака – це і є ємність акумулятора. Від об'єму паливного бака залежить те, наскільки далеко автомобіль зможе проїхати без дозаправки. Відповідно, ємність акумулятора впливає на те, як довго акумулятор зможе працювати без зарядки. Тобто вона впливає на час автономної роботи навантаження.
Що ще залежить від ємності? Не відходячи від прикладу з паливним баком, але з деякими уточненнями, скажемо, що від ємності залежить:
- Вага. Чим більше палива може поміститися в машину, тим більше вона важить, коли заправлена повністю. Але різниця в тому, що вага акумулятора завжди постійна, незалежно від того, наскільки він заряджений. Але чим більша його ємність, тим більша вага.
- Розмір. Паливний бак мотоцикла набагато менший, ніж вантажного автомобіля, тому що його об'єм більший. Всі акумулятори різні за розміром і це залежить від їх ємності (але не тільки від неї).
- Час до повної зарядки. Бак на 100 л буде заправлятися довше, ніж на 30 л. З ємністю акумулятора те ж саме.
- Вартість. Паливний бак на 30 л буде коштувати менше, ніж на 60 л. З акумуляторами також – чим більша ємність, тим більша вартість.
Вимірювання ємності акумулятора
Вимірювання ємності акумулятора відбувається трохи складніше, ніж об'єму паливного бака, і має безліч особливостей. Одиниця виміру – А·год (ампер·година). Якщо ви вирішили купити Power Bank або інший малогабаритний пристрій, то там вимірювання ємності буде в мА·год (міліампер·година).
Амперами та міліамперами вимірюється сила струму. А години – це час. Відповідно, ємність акумулятора – це сила струму, помножена на час. Простіше кажучи, це струм, який акумулятор може віддавати протягом певного часу.
Наприклад, якщо ємність акумулятора 100 А·год, то це означає, що він може віддавати струм 100 А протягом 1 години. Або 200 А протягом 30 хвилин, або 50 А протягом 2 годин, або 5 А протягом 20 годин. Адже якщо помножити будь-яке з наведених значень сили струму на будь-який наведений у прикладі час, то завжди вийде 100.
Тут теж можна провести паралель з паливним баком. Якщо бак на 30 л і з нього береться по 10 л на годину, то його вистачить на 3 години, а якщо по 2 л на годину – на 15 годин. За такими прикладами стає зрозуміло, що ємність акумулятора і струм розряду (те, скільки електрики бере навантаження) дуже сильно впливають на те, скільки часу він буде працювати автономно.
Ємність акумулятора і його зарядженість – це різні показники. Якщо ємність показує, скільки максимум енергії може зберігати акумулятор, то зарядженість – скільки зараз в ньому міститься. Наприклад, об'єм паливного бака (ємність АКБ) – 40 л і в ньому міститься 20 л палива (його зарядженість, фактичний показник).
Як подивитися ємність батареї? Вона вказується на корпусі, упаковці, в інструкції. Це номінальна ємність, виміряна виробником. На практиці, залежно від умов, вона виявиться іншою, меншою. Як перевірити заряд акумулятора? Про зарядженість можна судити за напругою, але це залежить від напруги самого акумулятора і його типу – у деяких у міру розряду напруга падає сильно, в інших – ні. Про зарядженість краще судити за індикатором на пристрої, де встановлений АКБ.
Що таке енергетична потужність акумулятора
Коли мова заходить про енергетичну ємність акумулятора, порівнювати з паливним баком вже важко. Якщо ви вирішили придбати безперебійний блок живлення або інший пристрій, то помітили, що в магазинах України іноді вказується параметр акумулятора, вимірюваний у Вт·год. Багато хто помилково вважає, що це ємність, інші – потужність. Але насправді це ні те, ні інше, а енергетична потужність АКБ, яка залежить і від ємності, і від потужності струму, що протікає в ланцюзі розряду.
W=P*T
де P – це потужність, а T – час.
P=U*I
де U – це напруга, а I – сила струму.
W=U*I*T
Якщо перекласти формулу на слова і практику, то ми отримаємо, що енергія акумулятора залежить від напруги та струму ланцюга розряду, які діяли в певний час. Відповідно, на відміну від ємності АКБ, на енергію впливає не тільки струм і час, але і напруга розряду. І, оскільки напруга акумулятора в міру розряду зменшується, навіть якщо навантаження не змінюється, енергетична потужність акумулятора є більш точним параметром, який може схарактеризувати автономність його роботи. Але оскільки коливання напруги від максимального до мінімального робочого незначні, різниця між ємністю та енергією АКБ не велика.
Як збільшити ємність акумулятора
Тільки в обслуговуваних свинцево-кислотних акумуляторах можна збільшувати ємність, підливаючи електроліт. Але тільки в тому випадку, якщо він вже зносився. Зробити ємність більшою, ніж передбачив виробник, неможливо в будь-якому акумуляторі.
Для збільшення ємності можна підключити два або кілька акумуляторів паралельно. Тоді їх ємність і енергетична потужність підсумовуються. Акумулятори в цьому ланцюзі повинні бути однаковими за ємністю і напругою.
Як розрахувати ємність акумулятора
Перш ніж вибирати АКБ, необхідно розуміти, яка вам потрібна ємність. Це дозволить розумно витратити бюджет.
Q= (P*T)/V*k
Розглянемо змінні в ній:
- P – споживана потужність навантаження, яке буде під'єднано до акумулятора;
- T – час автономної роботи навантаження без зарядки акумулятора;
- V – напруга в ланцюзі розряду;
- k – коефіцієнт використовуваної ємності.
Якщо перші три параметри зрозумілі, то до параметра k – коефіцієнта використовуваної ємності є питання. Акумулятори не дозволяється розряджати повністю на 100 %. Якщо АКБ допустимо розряджати до 30 %, то k=0,7, тобто можна забрати від нього 70 % заряду. Якщо можна розряджати на 50 %, то k=0,5.
Якщо ви використовуєте свинцево-кислотні акумулятори, то необхідно самостійно відключати їх від навантаження при досягненні критичного порогу розряду. Якщо застосовує збірку літій-залізо-фосфатних, літій-іонних та інших акумуляторів, то в них зазвичай є плата, що контролює розряд – BMS. Вона відключить джерело живлення автоматично в потрібний момент. Про коефіцієнт використовуваної ємності для різних типів акумуляторів ми поговоримо далі.
Таким чином, якщо ми розраховуємо літій-залізо-фосфатний акумулятор для джерела безперебійного живлення або іншого пристрою, то його зазвичай можна розряджати до 30 %, тому у нього k=0,7. І уявімо, що необхідно живити навантаження потужністю 300 Вт, напругою 12 В протягом 5 годин. У такому випадку мінімальна ємність акумулятора дорівнює Q= (300*5)/12*0,7 = 87,5 А·год.
Купувати рекомендується з запасом близько 20 %, а це означає ще +17,5 А·год. Запас необхідний для покриття втрат енергії. В результаті отримуємо, що для такого навантаження і часу рекомендована ємність акумулятора 105 А·год. Якщо буде менше, то навантаження пропрацює менше часу.
Як дізнатися ємність акумулятора фактично
Вище ми дійшли висновку, що перед тим, як перевірити об'єм акумулятора, необхідно знати коефіцієнт використовуваної ємності. Залежно від типу акумулятора він буде різним.
Сьогодні найменший коефіцієнт використовуваної ємності мають свинцево-кислотні акумулятори – 0,5. Тобто від них можна використовувати тільки 50 % номінальної ємності. Тому вони найдешевші. Ціна на гелевий акумулятор трохи вища, їх коефіцієнт використовуваної ємності 0,4, тобто можна використовувати 60 % номінальної ємності. Найбільш ефективними є літій-залізо-фосфатні акумулятори. Деякі виробники заявляють, що їх можна розряджати до 90 % і навіть 100 %. Але рекомендується не допускати розряду нижче, ніж на 30 %. Таким чином, коефіцієнт використовуваної ємності у них 0,7.
Q=Qmax*V*k*0,95
де Qmax – це максимальна ємність, V – напруга акумулятора, k – коефіцієнт використовуваної ємності та 0,95 – коефіцієнт втрат в інверторі.
Якщо ви використовуєте свинцево-кислотний акумулятор для інвертора на 100 А·год, то фактична ємність дорівнює 100*12*0,5*0,95= 570 мА·год або 0,57 А·год. Якщо літій-залізо-фосфатний з такою ж ємністю, то фактично виходить 100*12*0,7*0,95= 798 мА·год або 0,79 А·год.
Тобто літій-залізо-фосфатний акумулятор на 100 А·год має майже у два рази більше фактичної ємності, ніж свинцево-кислотний.
Від чого зменшується ємність акумулятора
Ємність акумулятора може зменшуватися від заявленої виробником у будь-якого типу акумулятора. Ємність знижується, якщо:
- Висока або низька температура. Різні акумулятори по-різному реагують на температуру, але всі вони в основному не переносять холод. Так, свинцево-кислотні при падінні температури нижче 0 °C втрачають близько 15 % ємності, нижче -20 °C – близько 50 %. Але якщо температура стає вище 25 °C, то це може призвести навіть до збільшення ємності приблизно на 5 % (але підігрівати такі акумулятори спеціально для підвищення ємності заборонено!). Літій-залізо-фосфатні АКБ можуть втрачати близько 20 % ємності при падінні температури до -20 °C. У таких умовах можливий тільки розряд. Згідно з інструкцією з використання АКБ, заряд літій-залізо-фосфатного акумулятора повинен здійснюватися при температурі вище 5 °C. Спека майже не впливає на їх ємність, але знижує ресурс, якщо стає понад 45 °C.
- Розрядка здійснюється з високим струмом. Якщо витрачати акумулятор високопотужним навантаженням, то його ємність протягом цього сеансу розряду буде трохи меншою.
- Експлуатація. Якщо акумулятор розряджається нижче напруги, допустимої для даного типу, то його ємність падає і не відновлюється. Найбільш чутливі до цього свинцево-кислотні. Особливо це впливає, якщо глибокий розряд відбувається часто.
- Знос. Згодом АКБ зношуються і від цього знижується їх ємність. Найстійкішими знову є літій-залізо-фосфатні акумулятори, які здатні витримати від 5000 циклів розрядів-зарядів, тому їх продаж зараз відбувається активно. Свинцево-кислотні – близько 500, а гелеві – близько 1000. Знос виникає не тільки при експлуатації, але і під час зберігання від саморозряду. Найбільше цьому схильні свинцево-кислотні, а найменше – літій-залізо-фосфатні.
Як виміряти ємність акумулятора
Якщо ви хочете придбати акумулятори, переносні зарядні станції, джерела безперебійного живлення та інші пристрої в стані, що були у використанні, то бажано перевірити ємність акумулятора. Цей елемент, як ми з'ясували, з часом зношується. При цьому це один з найдорожчих компонентів.
Як перевірити акумулятор мультиметром за допомогою контрольного розряду
Надійний і недорогий спосіб. Для реалізації знадобиться:
- акумулятор, що перевіряється;
- навантаження з постійним енергоспоживанням – наприклад, лампа розжарювання або галогенна;
- мультиметр;
- годинник.
Підключіть навантаження до повністю зарядженого акумулятора через мультиметр, виставлений на вимірювання сили струму. Потрібно знати, як виміряти ампери мультиметром на акумуляторі – він повинен бути підключений послідовно з навантаженням в ланцюзі розряду.
Зафіксуйте струм, засікайте час, через який лампа згасне та акумулятор розрядиться. Визначте фактичну ємність за формулою Q=I*T, де I – середній струм розряду, а T – час, який працювало навантаження. Якщо ваше значення Q значно менше заявленого виробником, то АКБ зношений. Повинні бути невеликі відхилення в меншу сторону.
Як перевірити стан акумулятора за допомогою зарядки
Спосіб від зворотного – контролюється не розряд, а заряд. Крім самого акумулятора знадобиться зарядний пристрій з можливістю встановлювати струм заряду або мультиметр, щоб вимірювати його, і годинник. Акумулятор повинен бути повністю розряджений, настільки, наскільки це допускає його тип (до 50 % свинцево-кислотний, до 20-30 % літій-залізо-фосфатний).
Перевірка ємності акумулятора здійснюється так – під'єднайте акумулятор до зарядного пристрою і зафіксуйте струм заряду. Зафіксуйте час, через який акумулятор повністю зарядиться. Потім обчисліть ємність за тією ж формулою Q=I*T, де T – це час повного заряду, а I – середній струм заряду. Якщо отримані результати значно менші за заявлені виробником, то акумулятор зношений. Повинні бути невеликі відхилення в меншу сторону.
Деякі розумні зарядні пристрої оснащені контролем і показують, скільки саме енергії в ампер·годинах вони «закачали» в акумулятор. За цим показником теж можна судити, він розраховується за тією ж формулою, але автоматично.
У першому і другому випадку потрібно ще враховувати допустиму використовувану ємність. Як ми з'ясували, не весь акумулятор можна застосовувати – розряджати та заряджати.
Тестер ємності акумулятора
Найкращий і найточніший спосіб – використовувати прилад для вимірювання ємності акумулятора, спеціальний тестер. Він підключається до клем і за секунди показує наявну ємність, дозволяє оцінити стан і зношеність акумулятора. Але це досить дорогий інструмент, рекомендується придбати тим, кому часто доводиться перевіряти АКБ.
Іноді модулем перевірки ємності оснащуються деякі розумні зарядні пристрої. Крім того, тестер ємності акумуляторних батарей часто буває в сучасних портативних зарядних станціях, ДБЖ та інших пристроях. Тоді судити про наявність фактичної ємності можна навіть не виймаючи АКБ з пристрою. Подивитися можна на дисплеї або в мобільному додатку.
Ми розглянули, що таке ємність акумулятора, дізналися про параметри, які на неї впливають, розібралися в тому, як розрахувати номінальну і фактичну ємність, а також дізналися, як перевіряти акумулятор на знос.
