Аккумуляторная батарея автомобиля, очень важный элемент, не смотря на простоту конструкции она таит в себе несколько непонятных аббревиатур, таких как – емкость, и конечно же пусковой ток. Про некоторые я уже писал, про некоторые еще напишу, но сегодня будем говорить про «пусковые показатели» батареи – почему это так важно и какие они должны быть. Не все знают про этот параметр и зачастую при выборе нового АКБ, изначально делают большую ошибку! А она приводит к тому, что батарея быстро выходит из строя, и не может запустить ваш авто зимой …
Для начала определение
Пусковой ток АКБ (иногда носит название стартерный) – это максимальное значение силы тока, нужной для запуска двигателя, а именно для питания стартера, чтобы он смог провернуть маховик с присоединенными к нему поршнями. Процесс этот сложный, потому как поршни сдавливают топливо (в 9 – 13 атмосфер), которое поступает в камеры. Зимний пуск еще более осложнен, потому как масло густеет и стартеру нужно преодолеть не только сжатие, но и отсутствие нормальной смазки цилиндров.
Какая основная задача аккумулятора автомобиля? Конечно же, накопление и последующий пуск двигателя, вроде как строение многих моделей одинаково, но не одинаковы характеристики. Нет конечно же у заряженной модели будет примерно 12,7В, но вот сила тока и емкость, будет отличаться.
Содержание страницы
Пару слов о строении и свойствах
АКБ были созданы именно для того чтобы перезаряжаться и запускать машину, то есть они очень практичны с точки зрения эксплуатации. Обычная батарея очень быстро разряжалась, и менять ее было накладно, тогда то и были придуманы аккумуляторы.
Методом проб и ошибок, батареи эволюционировали – так через несколько лет после изобретения, вырисовалась вполне конкретная модель, было это примерно 100 лет назад, которая до сих пор не менялась.
Обычно это шесть отсеков с пластинами из свинца (минусовые) и его оксида (плюсовые), которые залиты специальным электролитом из серной кислоты. Именно это сочетание и заставляет работать аккумулятор, если исключить одну составляющую, то работа будет нарушена. Один разрозненный аккумулятор, генерирует в среднем 2,1В, этого крайне мало для запуска двигателя, в среднестатистической батарее, их объединяют подключая последовательно, обычно это 6 банок по 2,1В = 12,6 – 12,7В. Это напряжение достаточно, чтобы возбудить обмотку стартера.
Пару слов о емкости
Однако напряжение это только одна из составляющих, она унифицирована, то есть оно одинаково у всех аккумуляторов не зависимо от емкости.
Но вот емкость может отличаться в разы. Измеряется в Амперах в час, или попросту Aч. Если вывести небольшое определение — то это способность аккумулятора отдавать определенную силу тока целый час. Автомобильные варианты начинаются от 40 Aч, и доходят до 150 Aч. Однако самые распространенные на рядовых иномарках – 55 – 60 Aч. То есть – батарея может отдавать 60 Ампер целый час, а затем конкретно разрядится. Если честно то это большое значение, если перемножить 12,7 (напряжение) и 60 Aч (емкость), то получится 762 Ватта в час! Можно пару тройку раз разогреть электрический чайник.
С емкостью тоже разобрались, теперь непосредственно о пусковом токе.
Так что это – пусковой ток?
Как я уже писал сверху пусковой ток – это максимальная сила тока которую может отдавать батарея в очень короткий промежуток времени. Простыми словами чтобы запустить двигатель среднестатистической машины нужно примерно 255 – 270 Ампер, очень много! По сути это и есть «пусковые значения», от слова «запустить» применительно к силовому агрегату.
Если емкость аккумулятора примерно 60 Aч, то это превышает его номинал примерно в 4 – 5 раз. Правда, такое напряжение должно отдаваться всего около 30 секунд, не больше.
Зачастую в южных районах нашей страны, где температура воздуха всегда остается в плюсовой зоне, этот параметр даже и не рассматривают! Ибо не зачем, берем средний аккумулятор, и он прекрасно будет справляться со своими обязанностями. Ведь на улице тепло и масло жидкое. Но вот в северных районах этот показатель является одним из самых важных, там температуры зачастую в крайне отрицательной зоне и запустить силовой агрегат сложно, масло похоже, скорее на кисель, чем на текучую жидкость. Запуск будет крайне осложнен.
Если для запуска двигателя при «+ 1 + 5» градусов, достаточно будет (одномоментно) 200 – 220 Ампер, то чтобы запустить уже при – 10 – 15 градусах, нужно потратить энергии на 30% больше, а это 260 – 270 Ампер. Теперь подумайте, сколько энергии тратится при – 20 – 30 градусах Цельсия.
Таким образом, чем ниже температура зимой, тем важнее этот параметр, это своего рода аксиома.
От чего зависит пусковой ток?
Если посмотреть различных производителей, например страны Европы, США, Россия или Китай, то у всех этих батарей будет различный показатель пускового тока. Так, например если сравнить 55 Aч Китай и Европа, разница может быть на 30 – 40%! Но почему так?
Все дело в технологиях:
- Применение очищенного свинца, даже в простых кислотных АКБ приведет к быстрой зарядке и последующей разрядке, соответственно пусковые значения увеличиться.
- Большее количество пластин в таком же по габаритам корпусе.
- Большее количество электролита.
- Плюсовые пластины более пористые, что позволит больше накапливать заряда.
- Герметичные конструкции, не дают испаряться электролиту, что позволит батареи всегда держать нужный уровень, не оголяя пластины.
Конечно, можно добавить и качество сборки и порядочность производителя, все это дает большие результаты, нежели у конкурентов. Правда и стоят такие АКБ дороже.
Но на данный момент, есть и новые технологии — рекордсменами по отдачи пускового тока являются , у них ток отдачи может доходить до 1000 Ампер в 30 секунд, примерно в 3 – 4 раза больше, чем у обычных кислотных вариантов. Хотя у этих технологий также есть свои минусы и в первую очередь это цена.
Также стоит отметить, что при пуске двигателя напряжение батареи падает примерно до 9 Вольт, но сила тока многократно возрастает – это нормальный процесс. После пуска мотора, напряжение займет опять свои нормальные показатели в 12,7Вольта, а потраченный заряд восполнит генератор автомобиля. Если показатели напряжения при пуске падают до 6 Вольт (и очень долго восстанавливаются), то это может быть критично, стартеру просто не хватит энергии для запуска. Скорее всего, что АКБ выходит из строя.
Как происходят замеры?
После производства батареи, ее нужно испытать, чтобы определить стартерные показали. Испытания на производствах сложные, зачастую батареи помещают в отрицательные температуры, охлаждают их несколько часов, затем пробуют запустить двигатель.
Обычно испытания проходит при – 18 градусах Цельсия и пуск продолжается 30 секунд, если батарея справилась, то можно запускать в производство. Если нет, меняют конструкцию, наполнение, и по новой проводят испытания.
Замеряют несколько раз, то есть существует ряд интервалов с максимальными значениями, в такие интервалы замеряют максимальные токи, которые способен выдать именно этот экземпляр, они записываются и позже наносятся на «борта» АКБ. Нужно отметить, что в партии так жестко проверяют далеко не все аккумуляторы. Однако «дефектовка» присутствует, происходят проверки нагрузочной вилкой.
Справедливости ради, стоит отметить, что раньше во времена СССР, аккумуляторы вообще не заливались электролитом на производстве (было понятие сухого заряда), их вы сами должны были залить и зарядить! То есть покупаем электролит нужной плотности, и затем в течении 12 – 24 часов заряжаем.
Какой пусковой ток среднего АКБ и что делать, если купить большим значением?
НА данный момент существует разделение пусковых значений, на бензиновые и дизельные агрегаты. Ведь дизелю изначально нужен больший показатель, потому как степень сжатия у него намного выше, может доходить до 20 атмосфер.
ИТАК, средние показатели:
Для бензиновых вариантов это – 255 Ампер
Для дизельных вариантов – не менее 300 Ампер
Эти цифры, что говорится в притык, замерены при минус 18 градусах Цельсия, чего может не хватить при пуске в более сильные морозы.
Но сейчас с развитием технологий, зачастую в магазинах мы можем видеть показатели стартерного тока в 400, 500 и даже 600 Ампер! Что будет если взять с такими цифрами? Не спалю ли я свой стартер?
Ответ прост – конечно же, нет. Не спалите! Берите и забудете что такое холодный пуск, с такими характеристиками вам будет нипочем любой мороз.
Что же касательно стартера – при большем токе, он будет быстрее и сильнее вращаться, что позволит сделать ему больше оборотов, а в свою очередь это способствует быстрому и качественному пуску двигателя.
Конечно, нужно читать характеристики вашего авто, но думаю пускового значения в 450 — 500 АМПЕР, будет достаточно для всех регионов России. Опять же оговорюсь, я сейчас рассматриваю обычные автомобили не грузовые с большими и объемными движками, им зачастую и 600 будет мало.
Классификация в мире
Как я уже немного затрагивал, в мире сейчас есть несколько основных классификаций величин пускового тока. Которые имеют собственные методики определения и маркировки. Для начала как маркируются:
- Немецкие производители здесь выделяются – они наносят маркировку «DIN»
- В Америке наносят — «SAE»
- В странах Евросоюза (не Германия) наносят – «EN»
- В России зачастую пишут – «пусковой или стартерный ток»
Для безопасной эксплуатации аккумуляторных батарей необходимо придерживаться следующих правил:
- Не создавать цепь короткого замыкания между клеммами батареи, поскольку значительный ток короткого замыкания заряженной батареи способен расплавить контакты клемм и нанести термический ожог.
- Не хранить аккумуляторные батареи в разряженном состоянии. В этом случае происходит сульфатация электродов и батареи значительно снижают свою емкость.
- Подключать аккумуляторную батарею в устройство только в правильном соответствии с полярностью. Заряженная батарея имеет значительный запас энергии и способна при неправильном подключении вывести устройство из строя.
- Не вскрывать корпус батареи. Содержащийся внутри гелеобразный электролит способен вызвать химический ожог кожи.
- Утилизировать отслужившую свой срок батарею в соответствии с правилами утилизации для изделий, содержащих тяжелые металлы.
Технические характеристики
Разрядные характеристики аккумуляторных батарей
Наиболее важными показателями качества АБ являются: емкость, напряжение, габариты, вес, стоимость, допустимая глубина разряда, срок службы, КПД, диапазон рабочих температур, допустимый ток заряда и разряда. Также, необходимо учитывать, что все характеристики производитель дает при определенной температуре — обычно 20 или 25 °С. При отклонениях от этого напряжения, характеристики меняются, и обычно в худшую сторону.
Значения напряжения и емкости обычно входят в название модели батареи. Например: — батарея напряжением 12 вольт и емкостью 200 ампер*часов, гелевая, глубокого разряда. Это значит, что батарея может выдать в нагрузку энергию 12 х 200 = 2400 Вт*ч при 10 часовом разряде током в 1/10 от емкости. При больших токах и быстром разряде емкость батареи понижается. При меньших токах — обычно увеличивается. Это можно видеть на графике разрядных характеристик аккумуляторных батарей. Также, нужно смотреть на разрядные характеристики на конкретные батареи. Иногда производители в названии пишут завышенную емкость аккумулятора, которая имеет место только в идеальных условиях — так, например, делает Haze (у аккумуляторов Haze реальная емкость процентов на 10-20 ниже, чем указано в названии батареи).
При разряде током в 0,1 С время работы составляет 10 часов и батарея полностью выдаст в нагрузку аккумулированную энергию. При разряде током 2 С (в 20 раз большим) время работы будет около 15 минут (1/4 часа) и при этом батарея выдаст в нагрузку только половину аккумулированной энергии. При больших токах разряда это значение еще меньше. Зачастую в источниках бесперебойного питания аккумуляторные батареи работают в еще более тяжелых режимах, при которых токи разряда достигают 4 С. При этом время разряда сравнимо с 5 минутами и батарея выдает в нагрузку менее 40% энергии.
Емкость батареи
Количество энергии, которое может быть сохранено в батарее, называется ее емкостью. Она измеряется в ампер-часах. Одна АБ емкостью 100 Ач может питать нагрузку током 1 А в течение 100 часов, или током 4 А в течение 25 часов, и т.п., хотя емкость батареи снижается при увеличении разрядного тока. На рынке продаются батареи емкостью от 1 до 2000 Ач.
Для увеличения срока службы свинцово-кислотной АБ желательно использовать только малую часть ее емкости до повторной зарядки. Каждый процесс разряда-заряда называется зарядным циклом, причем не обязательно полностью разряжать аккумулятор. Например, если вы разрядили аккумулятор на 5 или 10% и затем снова зарядили его — это тоже считается как 1 цикл. Конечно, количество возможных циклов будет сильно отличаться при различной глубине разряда (см. ниже). Если возможно использовать более 50% энергии, запасенной в АБ до ее заряда, без заметного ухудшения ее параметров, такая батарея называется батареей «глубокого разряда» .
Можно повредить батареи, если перезарядить их. Максимальное напряжение кислотных АБ должно быть 2,5 вольта на элемент, или 15 В для 12-ти вольтовой батареи. Многие фотоэлектрические батареи имеют мягкую нагрузочную характеристику, поэтому при увеличении напряжения ток заряда снижается значительно. Поэтому всегда необходимо использовать специальный контроллер заряда для . В случае применения ветроэлектрических станций или микроГЭС, такие контроллеры также обязательны.
Напряжение
Напряжение на аккумуляторе зачастую является основным параметром, по которому можно судить о состоянии и степени заряженности аккумулятора. Особенно это относится к герметизированным аккумуляторам, у которых не возможно измерить плотность электролита.
Напряжение при заряде, разряде и отсутствии тока очень сильно отличаются. Для определения степени заряженности аккумулятора измеряют напряжение на его клеммах при отсутствии как зарядного, так и разрядного токов в течение как минимум 3-4 часов. За это время напряжение обычно успевает стабилизироваться. Значение напряжения при заряде или разряде ничего не скажет от состоянии или степени заряженности АБ. Примерная зависимость степени заряженности аккумулятора от напряжения на его клеммах в режиме холостого хода, приведена в таблице ниже. Это типичные значения для стартерных аккумуляторов с жидким электролитом. Для герметизированных аккумуляторов (AGM и гелевых) обычно эти напряжения немного выше (нужно запрашивать производителя) — например, AGM батареи полностью заряжены, если напряжение составляет 13-13,2В (сравните с напряжением стартерных батарей с жидким электролитом 12,5-12,7В).
Степень заряженности
Степень заряженности зависит от очень многих факторов, и точно ее могут определить только специальные зарядные устройства с памятью и микропроцессором , которые отслеживают как заряд, так и разряд конкретного аккумулятора в течение нескольких циклов. Этот метод наиболее точный, но и наиболее дорогой. Однако он сможет сэкономить много денег при обслуживании и замене аккумуляторов. Применение специальных устройств, контролирующих работу аккумуляторов по степени их заряженности, позволяет очень сильно повысить срок службы свинцово-кислотных аккумуляторов. Ряд предлагаемых нами контроллеров для солнечных батарей имеют встроенные устройства вычисления степени заряженности аккумулятора и регулируют заряд в зависимости от ее величины.
Для определения степени заряженности можно использовать также следующие 2 упрощенных метода.
- Напряжение на аккумуляторе . Этот способ наименее точный, но требует только наличия цифрового вольтметра, способного измерять десятые и сотые доли вольта. Перед измерениями нужно отсоединить от аккумулятора всех потребителей и все зарядные устройства и подождать как минимум 2 часа. Затем можно измерить напряжение на терминалах аккумулятора. Ниже в таблице приведены напряжения для аккумуляторов с жидким электролитом. Для полностью заряженной новой AGM или гелевой батареи напряжение составляет 13-13,2В (сравните с напряжением стартерных батарей с жидким электролитом 12,5-12,7В). По мере старения аккумуляторов это напряжение снижается. Можно измерять напряжение на каждой банке аккумулятора, чтобы найти неисправную банку (разделите напряжение для 12В на 6 для того, чтобы определить нужное напряжение на одной банке).
- Второй метод определения степени заряженности — по плотности электролита . Этот метод подходит только для аккумуляторов с жидким электролитом.
Также, нужно подождать 2 часа перед измерениями. Для измерения используется ареометр. Обязательно наденьте резиновые перчатки и защитные очки! Держите рядом пищевую соду и воду на случай, если вода попадет на кожу.
| 100 | 12.70 | 25.40 | 1.265 |
| 95 | 12.64 | 25.25 | 1.257 |
| 90 | 12.58 | 25.16 | 1.249 |
| 85 | 12.52 | 25.04 | 1.241 |
| 80 | 12.46 | 24.92 | 1.233 |
| 75 | 12.40 | 24.80 | 1.225 |
| 70 | 12.36 | 24.72 | 1.218 |
| 65 | 12.32 | 24.64 | 1.211 |
| 60 | 12.28 | 24.56 | 1.204 |
| 55 | 12.24 | 24.48 | 1.197 |
| 50 | 12.20 | 24.40 | 1.190 |
| 40 | 12.12 | 24.24 | 1.176 |
| 30 | 12.04 | 24.08 | 1.162 |
| 20 | 11.98 | 23.96 | 1.148 |
| 10 | 11.94 | 23.88 | 1.134 |
Срок службы аккумуляторов
Неправильно определять срок службы аккумуляторов в годах или месяцах. Срок службы батареи определяется числом циклов заряд-разряд и значительно зависит от условий ее эксплуатации. Чем глубже разряжается батарея, чем большее время она находится в разряженном состоянии, тем меньшее число возможных циклов работы.
Само понятие «количество рабочих циклов «заряда-разряда» аккумулятора» относительное, так как сильно зависит от различных факторов. Кроме того, значение количества рабочих циклов, например для одного типа аккумулятора, не является универсальным понятием, так как зависит от технологии, различной у каждого из производителей.Срок службы аккумуляторов определяется в циклах, поэтому время работы в годах — приблизительное и рассчитано для типичных условий работы. Поэтому, если, например, в рекламе указано, что срок службы аккумуляторов составляет 12 лет, это значит, что производитель посчитал срок службы для буферного режима с средним числом циклов заряд-разряд 8 в месяц. Например, для AGM аккумуляторов Haze указывается срок службы 12 лет и максимальное число циклов 1200 при разряде на 20%. В год получается 100 таких циклов, в месяц — около 8.
Еще один важный момент — в процессе эксплуатации полезная емкость аккумулятора уменьшается. Все характеристики по количеству циклов обычно приводятся не до полной смерти аккумулятора, а до момента потери им 40% своей номинальной емкости. Т.е, если производителем приведено количество циклов 600 при 50% разряде, это значит, что через 600 идеальных циклов (т.е. при температуре 20С и разряде током одной величины, обычно 0,1С) полезная емкось аккумулятора будет 60% от начальной. При такой потере емкости уже рекомендуется замена аккумулятора.
Свинцово-кислотные АБ, предназначенные для использования в системах автономного электроснабжения имеют, срок службы от 300 до 3000 циклов в зависимости от типа и глубины разряда. В системах на базе ВИЭ батарея может разрядиться гораздо сильнее, чем при буферном режиме. Для обеспечения длительного срока службы, в типичном цикле разряд не должен превышать 20-30% емкости АБ, а глубокий разряд — не более 80% емкости. Очень важно сразу же после разряда заряжать свинцово-кислотные аккумуляторы. Длительное нахождение (более 12 часов) в разряженном или не полностью заряженном состоянии приводит к необратимым последствиям в аккумуляторах и снижению их срока службы.
Как определить, что аккумулятор уже близок к окончанию своего срока службы? Очень просто — у аккумулятора повышается внутреннее сопротивление, это приводит к более быстрому росту напряжения при заряде (и, соответственно, снижению времени, требуемого для заряда), и более быстрому разряду аккумулятора. Если заряд производится током, близким к предельно допустимому, умирающий аккумулятор будет нагреваться при заряде сильнее, чем раньше.
Максимальные токи заряда и разряда
Токи заряда и разряда любой аккумуляторной батареи измеряются относительно ее емкости. Обычно для аккумуляторов максимальный ток заряда не должен превышать 0,2-0,3С. Превышение зарядного тока ведет к сокращению срока службы аккумуляторов. Мы рекомендуем устанавливать максимальный ток заряда не более 0,15-0,2С. Смотрите характеристики на конкретные модели аккумуляторов для определения максимального зарядного и разрядного токов.
Саморазряд
Явление саморазряда характерно в большей или меньшей степени для всех типов аккумуляторов и заключается в потере ими своей емкости после того, как они были полностью заряжены в отсутствие внешнего потребителя тока.
Для количественной оценки саморазряда удобно использовать величину потерянной ими за определенное время емкости, выраженную в процентах от значения, полученного сразу после заряда. За промежуток времени, как правило, принимается интервал времени, равный одним суткам и одному месяцу. Так, например, для исправных NiCD аккумуляторов считается допустимым саморазряд до 10% в течение первых 24 часов после окончании заряда, для NiMH – немного больше, а для Li-ION пренебрежимо мал и оценивается за месяц. Саморазряд в герметизированных свинцово-кислотных аккумуляторах значительно уменьшен и составляет 40% в год при 20 °С и 15% при 5 °С. При более высоких температурах хранения саморазряд увеличивается: при 40 °С батареи лишаются 40 % емкости за 4-5 месяцев.
Следует отметить, что саморазряд аккумуляторов максимален именно в первые 24 часа после заряда, а затем значительно уменьшается. Глубокий его разряд и последующий заряд увеличивают ток саморазряда.
Саморазряд аккумуляторов в основном обусловлен выделением кислорода на положительном электроде. Этот процесс еще больше усиливается при повышенной температуре. Так, при повышении окружающей температуры на 10 градусов по отношению с комнатной возможно увеличение саморазряда в два раза.
В некоторой степени саморазряд зависит от качества использованных материалов, технологического процесса изготовления, типа и конструкции аккумулятора. Потери емкости могут быть вызваны повреждением сепаратора, когда образования слипшихся кристаллов пробивают его. Сепаратором принято называть тонкую пластину, разделяющую положительный и отрицательный электроды. Это обычно происходит из–за неправильного обслуживания аккумулятора, его отсутствия или применения несоответствующих или некачественных зарядных устройств. У изношенного аккумулятора пластинки электродов разбухают, слипаясь друг с другом, что приводит к повышению тока саморазряда, при этом поврежденный сепаратор невозможно восстановить проведением циклов заряда/разряда.
Каргиев Владимир, «Ваш Солнечный Дом»
©При цитировании ссылка на эту страницу и на «Ваш Солнечный Дом» обязательна
ГЛОССАРИЙ
Емкость (С) — энергия, которую способен отдать аккумулятор в нагрузку, выражаемая в ампер-часах (А·ч, мA·ч). Она будет больше при следующих условиях: меньшем токе разряда, разряде с меньшими перерывами, более высокой температуре окружающей среды, а также более низком конечном напряжении.
Номинальная емкость — номинальное значение емкости: количество энергии, которую способен отдать полностью заряженный аккумулятор при разряде в строго определенных условиях.
Саморазряд — потеря емкости в отсутствие внешнего потребителя тока.
Срок службы батареи — наработка, при которой разрядная емкость сделается меньше определенной нормированной величины, обычно оценивается рабочим количеством циклов «заряд-разряд».
Для нормальной работы любого аккумулятора нужно всегда помнить «Правило «Трёх П» :
- Не перегревать!
- Не перезаряжать!
- Не переразряжать!
Для вычисления времени зарядки никель-металл-гидридного аккумулятора или батареи из нескольких элементов можно использовать следующую формулу:
Время зарядки (ч) = Емкость аккумулятора (мАч) / Сила тока зарядного устройства (мА)
Пример:
Мы имеем аккумулятор с ёмкостью 2000mAh. Ток заряда в нашем зарядном устройстве — 500mA. Делим ёмкость аккумулятора на ток заряда и получаем 2000/500=4. Это означает, что при токе в 500 миллиампер наш аккумулятор с ёмкостью 2000 миллиамперчасов будет заряжаться до полной ёмкости 4 часа!
А теперь более подробно про правила, которые нужно стараться соблюдать, для нормальной работы никель-металл-гидридного (Ni-MH) аккумулятора:
- Храните Ni-MH аккумуляторы с небольшим количеством заряда (30 — 50% от его номинальной ёмкости).
- Никель-металлогидридные аккумуляторы более чувствительны к нагреву, чем никель-кадмиевые (Ni-Cd), поэтому не перегружайте их. Перегрузка может отрицательно сказаться на токоотдаче аккумулятора (способности аккумулятора держать и выдавать накопленный заряд). Если у вас есть интелектуальное зарядное устройство с технологией «Delta Peak » (прерывание заряда аккумулятора по достижению пика напряжения), то вы можете заряжать аккумуляторы практически без риска перезарядки и разрушения оных.
- Ni-MH (никель-металл-гидридные) аккумуляторы после покупки можно (но не обязательно!) подвергать «тренировке». 4-6 циклов заряда/разряда для аккумуляторов в качественном зарядном устройстве позволяет достичь придела ёмкости, которая была растеряна в процессе перевозки и хранения аккумуляторов в сомнительных условиях после выхода с конвейера завода-производителя. Количество подобных циклов может быть совершенно разным для аккумуляторов от разных производителей. Качественные аккумуляторы достигают предела ёмкости уже после 1-2 циклов, а аккумуляторы сомнительного качества с искусственно завышенной ёмкостью не могут достигнуть своего предела и после 50-100 циклов заряда/разряда.
- После разряда или заряда старайтесь дать остыть аккумулятору до комнатной температуры (~20 o C). Заряд аккумуляторов при температурах ниже 5 o C или выше 50 o C может значительно отразиться на сроке службы батареи.
- Если хотите разрядить Ni-MH аккумулятор, то не разряжайте его менее, чем до 0.9В для каждого элемента. Когда напряжение никелевых аккумуляторов падает ниже 0.9В на элемент, большинство зарядных устройств, обладающих «минимальным интеллектом», не могут активировать режим заряда. Если Ваше зарядное устройство не может опознать глубоко разряженный элемент (разряженный менее 0.9В), то стоит прибегнуть к помощи более «тупого» зарядника или подключить аккумулятор на короткое время к источнику питания с током 100-150мА до достижения напряжения на аккумуляторе 0.9В.
- Если вы постоянно используете одну и ту же сборку из аккумуляторов в электронном устройстве в режиме дозаряда, то иногда стоит разряжать каждый аккумулятор из сборки до напряжения 0,9В и производить его полный заряд во внешнем зарядном устройстве. Подобную процедуру полного циклирования стоит производить один раз на 5-10 циклов дозаряда аккумуляторов.
Таблица заряда типовых Ni-MH аккумуляторов
| Емкость элементов | Типоразмер | Стандартный режим зарядки | Пиковый ток заряда | Максимальный ток разряда |
| 2000 мА/ч | AA | 200 мА ~ 10 часов | 2000 мА | 10.0А |
| 2100 мА/ч | AA | 200 мА ~ 10-11 часов | 2000 мА | 15.0А |
| 2500 мА/ч | AA | 250 мА ~ 10-11 часов | 2500 мА | 20.0А |
| 2750 мА/ч | AA | 250 мА ~ 10-12 часов | 2000 мА | 10.0А |
| 800 мА/ч | AAA | 100 мА ~ 8-9 часов | 800 мА | 5.0 A |
| 1000 мА/ч | AAA | 100 мА ~ 10-12 часов | 1000 мА | 5.0 A |
| 160 мА/ч | 1/3 AAA | 16 мА ~ 14-16 часов | 160 мА | 480 мА |
| 400 мА/ч | 2/3 AAA | 50 мА ~ 7-8 часов | 400 мА | 1200 мА |
| 250 мА/ч | 1/3 AA | 25 мА ~ 14-16 часов | 250 мА | 750 мА |
| 700 мА/ч | 2/3 AA | 100 мА ~ 7-8 часов | 500 мА | 1.0 A |
| 850 мА/ч | FLAT | 100 мА ~ 10-11 часов | 500 мА | 3.0 A |
| 1100 мА/ч | 2/3 A | 100 мА ~ 12-13 часов | 500 мА | 3.0 A |
| 1200 мА/ч | 2/3 A | 100 мА ~ 13-14 часов | 500 мА | 3.0 A |
| 1300 мА/ч | 2/3 A | 100 мА ~ 13-14 часов | 500 мА | 3.0 A |
| 1500 мА/ч | 2/3 A | 100 мА ~ 16-17 часов | 1.0 A | 30.0 A |
| 2150 мА/ч | 4/5 A | 150 мА ~ 14-16 часов | 1.5 A | 10.0 A |
| 2700 мА/ч | A | 100 мА ~ 26-27 часов | 1.5 A | 10.0 A |
| 4200 мА/ч | Sub C | 420 мА ~ 11-13 часов | 3.0 A | 35.0 A |
| 4500 мА/ч | Sub C | 450 мА ~ 11-13 часов | 3.0 A | 35.0 A |
| 4000 мА/ч | 4/3 A | 500 мА ~ 9-10 часов | 2.0 A | 10.0 A |
| 5000 мА/ч | C | 500 мА ~ 11-12 часов | 3.0 A | 20.0 A |
| 10000 мА/ч | D | 600 мА ~ 14-16 часов | 3.0 A | 20.0 A |
Данные в таблице актуальны для полностью разряженных аккумуляторов
Этот вопрос периодически задают клиенты, покупающие мотор колёса, аксессуары и аккумуляторы для самостоятельного переоборудования велосипедов на электротягу. На первый взгляд может показаться, что ограничений по току в электронаборах нет и их нужно ввести самостоятельно. На самом деле это не так.
И свинцово-кислотные и литий ионные аккумуляторы могут кратковременно выдержать без разрушения максимальный ток до 10с, — то есть ток разряда, в 10 раз превышающий их номинальную ёмкость. Например, свинцово-кислотные аккумуляторы ёмкостью 12 ампер часов, можно кратковременно нагружать током 120 ампер, а литий ионные аккумуляторы ёмкостью 10 ампер часов, могут кратковременно выдать ток 100 ампер.
Однако, для постоянных нагрузок эти значения нужно уменьшить как минимум в 2 раза, то есть – до 5с. В литиевых аккумуляторах Volta bikes, это ограничение реализовано в электронной предохранительной схеме, встроенной в аккумулятор. Она ограничивает ток разряда до безопасной величины 5с, а напряжение – до 30 вольт. При превышении нагрузки или падении напряжения ниже установленных пределов, схема отключает аккумулятор от мотор колеса, тем самым защищая его и обеспечивая расчётный срок эксплуатации, который составляет около 5 лет.
В свинцово-кислотных аккумуляторах такой схемы нет. Здесь максимальный ток разряда ограничивает сам контроллер – до максимальной величины, указанной в его характеристиках. При падении напряжения ниже 10.5 вольт (в пересчёте на один свинцово-кислотный аккумулятор), контроллеры Volta bikes также отключают аккумуляторы от мотор колеса для предотвращения их сульфатации и разрушения. Кроме того в схеме электровелосипеда должен обязательно присутствовать предохранитель или автоматический выключатель, которые служат защитой не только от короткого замыкания, но и от перегрузок. При самостоятельном переоборудовании велосипеда на электротягу, мы рекомендуем устанавливать автоматический выключатель на 20 ампер.
Таким образом, случайно или даже намеренно выйти за пределы безопасных режимов эксплуатации свинцово-кислотных или литиевых аккумуляторов Volta bikes, — не получится. Другой вопрос, что полностью разряженный аккумулятор любого вида следует как можно быстрее поставить на зарядку и уж, во-всяком случае, категорически не рекомендуется бросать электровелосипед с разряженными аккумуляторами на зиму, — где-нибудь в гараже. Такие действия как раз и приводят к быстрому выходу из строя всех типов аккумуляторов для электротранспорта.
Ещё одно заблуждение – то что аккумуляторы нужно заряжать только после полного разряда, — таким образом, якобы, обеспечивается указанное в технических характеристиках максимальное количество циклов заряда-разряда. Подумайте: если Вы так будете поступать с аккумулятором собственного автомобиля, — например ездить с неисправным генератором, а заряжать аккумулятор дома, после поездок, — от зарядного устройства, то в этом режиме работы стартерный аккумулятор прослужит в лучшем случае 2-3 месяца.
1
А гелевые свинцово-кислотные аккумуляторы для электробайков, да и аккумуляторы AGM, тоже, — отличаются от стартёрных аккумуляторов только тем, что у них электроды толще и они лучше зафиксированы в корпусе, для предотвращения осыпания активной массы. Поэтому подзаряжать их следует как можно чаще – после каждой поездки. Тоже самое касается и литий ионных аккумуляторов для электробайков.
Что касается больших токов разряда, то следует помнить, что чем больше ток разряда, тем быстрее он полностью разрядит аккумуляторы электровелосипеда или электроскутера. Ток с постоянной нагрузкой 1с, — разрядит качественные аккумуляторы любого типа за 1 час; ток 2с – уже за полчаса, а 4с – всего за 15 минут. Куда же вы сможете доехать с таким потреблением электроэнергии?
Поэтому рекомендуем:
Во первых, — экономно использовать электроэнергию, если нужно увеличить расстояние пробега (на эту тему пожалуйста читайте статью), во-вторых, — если аккумуляторы при стандартных для вас режимах поездок, садятся менее, чем за 50-60 минут, это повод подумать о замене их на более мощные.
Понятие емкости АКБ
Емкость аккумуляторной батареи является одной из ее важнейших технических характеристик. Под этим термином понимают количество времени, которое способен питать источник автономной энергии подключенных к нему электропотребителей. Другими словами – это максимальное количество электроэнергии, накапливаемое АКБ за полный цикл зарядки. Единицей измерения емкости является А·ч (ампер-час), для небольших батарей – мА·ч (миллиампер-час).
Пример расчета необходимой емкости
Как известно расчет потребленной мощности производится в Вт, а емкость батареи для ИБП – в А·ч. Чтобы рассчитать требуемую емкость аккумуляторов для питания той или иной техники необходимо произвести некоторый пересчет. Для лучшего понимания рассмотрим конкретный пример. Допустим, имеется критичная нагрузка 500 Вт, требующая резервирования в течение 3 часов. Так как величина накопленной энергии зависит не только от емкости батареи, но и ее напряжения, для расчета делим общую мощность резервируемого оборудования на их рабочее напряжение (часто путают с напряжением холостого хода полностью заряженной батареи). Для стандартного 12В аккумулятора, величина необходимой емкости батареи составит:
Q= (P· t) / V· k
где Q – необходимая емкость аккумулятора, А·ч;
V – напряжение каждой аккумуляторной батареи, В;
t – время резервирования, ч;
k – коэффициент использования емкости аккумуляторов (количества электрической энергии, допустимой к использованию потребителями).
Необходимость введения коэффициента обусловлена возможностью неполного заряда АКБ. Вдобавок к этому, сильный (глубокий) разряд, следующий после небольшого количества рабочих циклов заряда и разряда, ведет к преждевременному износу и выходу из строя батареи. К примеру, если новый аккумулятор разряжать на 30% от его общей емкости, после чего сразу производить его зарядку, способен выдержать около 1000 подобных циклов. В случае если величина разряда уменьшится до 70%, то количество данных циклов снизится примерно на 200.
Итого, получаем, что для питания данной нагрузки в течение указанного периода времени потребуется:
Q= 500·3/ 12·0,7 = 178,6 А·ч.
Это минимально необходимая емкость аккумуляторных батарей для рассматриваемого случая. В идеале лучше брать источник энергии с небольшим запасом (около 20%) для того, чтобы каждый раз не разряжать его полностью – это поможет сохранить рабочие характеристики батареи в течении как можно большего периода времени.
Q= 178,6·1,2 = 214,3 А·ч.
Значит для решения поставленной задачи необходимо приобрести аккумуляторы суммарной емкостью не менее 215 А·ч. При использовании ИБП в паре с генератором величину поправочного коэффициента емкости рекомендуется снизить до 0,4, поскольку в такой связке батареи чаще всего применяются для поддержания непрерывного электропитания, пока не включится электростанция и вся нагрузка не переключится на нее. При этом если в значение коэффициента 0,4 закладывать потери емкости аккумулятора при его старении, обусловленные особенностью импульсного преобразователя и другие, то в среднем разряд аккумулятора может достигать 50% от его номинальной емкости.
В том случае, когда для резервирования нагрузки используется несколько аккумуляторов, количество накопленной в них энергии абсолютно не зависит от типа их соединения – параллельного, последовательного, либо смешанного. Учитывая данную особенность необходимо подставлять в формулу определения суммарной емкости аккумуляторов напряжение одной батареи, но при этом допускается использование только АКБ с одинаковыми техническими характеристиками.
Показатели аккумуляторных батарей, с которыми неразрывно связано понятие емкости
- Зависимость емкости аккумулятора от тока его разряда .
В основе данной зависимости лежит следующий факт: когда защищаемая нагрузка подключается к аккумулятору без использования преобразователя, то величина тока, потребляемого батареей неизменна. При этом время функционирования подключенных электропотребителей определится, как отношение отбираемой емкости к потребляемому току. В более привычном виде данная формула записывается следующим образом:
где Q – емкость аккумулятора, А·ч (мА·ч);
T – время разряда батареи, ч.
Если имеем дело с большими величинами потребляемого тока, то реальные показатели мощности зачастую ниже номинальных, указанных в паспорте.
- Зависимость емкости аккумулятора от энергии
Сегодня среди пользователей достаточно распространенным является мнение о том, что емкость аккумуляторной батареи является величиной, полностью характеризующей его электрическую энергию, накопленной АКБ заряженной на 100%. Это утверждение является не совсем корректным. Здесь еще необходимо сделать оговорку на то, что способность накапливать энергию у батареи напрямую зависит от ее напряжения и чем оно будет выше, беем большее количество энергии сможет накопить аккумулятор. На самом деле электрическая энергия определяется как произведение показателей тока заряда, напряжения батареи и времени протекания этого тока:
где W – энергия накопленная батареей, Дж;
U – напряжение аккумулятора, В;
I – постоянный ток разряда аккумулятора, А;
T – время разряда батареи, ч.
Исходя из того, что произведение тока и времени заряда дает нам емкость АКБ (как было рассмотрено выше), то получается, что электрическая энергия аккумулятора находится путем перемножения номинального напряжения батарее и ее емкости:
где W – энергия накопленная батареей, Вт·ч;
Q – емкость аккумулятора, А·ч;
U – напряжение аккумулятора, В.
При последовательном подключении нескольких аккумуляторов одинаковой емкости, общий показатель данной связки равен сумме емкостей всех АКБ, входящий в ее состав. В таком случае энергия полученного аккумуляторного блока определится, как произведение электроэнергии одной батареи на их количество.
- Понятие энергетической емкости аккумулятора
Не менее полезным для потребителя показателем аккумуляторных батарей является их энергетическая емкость, измеряемая в таких единицах, как Вт/элемент. Данное понятие характеризует способность аккумулятора за определенный непродолжительный период времени, который чаще всего составляет не более 15 минут, в режиме постоянной мощности. Наибольшее распространение данный показатель получил в США, но в последнее время набирает популярность и среди потребителей многих других стран. Для приближенного расчета емкости аккумуляторной батареи, измеряемой в А·ч по величине его энергетической емкости в Вт/элемент для периода 15 минут, пользуются формулой:
W – энергетическая емкость аккумулятора, Вт/элемент.
- Понятие резервной емкости аккумулятора
Для автомобильных аккумуляторов выделяют еще одну характеристику – резервную емкость, которая говорит о способности батареи питать электрооборудование движущегося авто, когда штатный генератор транспортного средства не работает. Данный параметр также больше известен в США и называется «reserve capacity». Он измеряется в минутах разряда батареи величиной тока в 25 А. Для приблизительной оценки номинальной емкости аккумулятора по его показателю резервной емкости, указной в минутах, необходимо воспользоваться формулой:
где Q – емкость аккумулятора, А·ч;
T – резервная емкость аккумулятора, мин.
Емкость аккумулятора и его заряд (заряженность)
Еще одним достаточно популярным заблуждением является отождествление понятий емкости батареи для и ее заряда (заряженности). Расставим все точки над «и». Под емкостью понимают максимальный потенциал аккумулятора, то есть количество энергии, которое он сможет накопить в полностью заряженном состоянии. Заряд же в свою очередь и представляет собой эту энергию, необходимую для питания нагрузки в автономном режиме. Отсюда вывод, что величина заряда одной и той же батареи может быть разной в зависимости от времени зарядки АКБ, а величина ее емкости в разряженном и заряженном состоянии одинакова. Здесь можно провести аналогию со стаканом, в который наливают воду. Объем прибора и будет представлять собой емкость – это величина не зависящая от того полный стакан или пустой, а самая наливаемая вода – это заряд.
От каких факторов еще зависит емкость аккумулятора?
Ток разряда
Те показатели емкости аккумуляторов, которые можно встретить в их технической документации и на корпусе изделия, производитель указывает исходя из результатов тестовых замеров, производимых по вышеуказанной формуле (Q = I·T) при стандартной длительности разряда (10, 20, 100 часов и т.д.). Соответственно обозначается и емкость – Q10, Q20 и Q100, а также ток разряда – I10, I20 I100. В таком случае величина тока, протекающего через нагрузку при времени разряда 20 часов определится по формуле:
Следуя данной логике можно предположить, что при разряде, длящемся четверть часа (15 мин) ток будет равен Q20 х 4. Однако это не так, как показывает практика, в случае 15-минутного разряда емкость стандартной свинцовой батареи составит не более половины его номинальной емкости. Соответственно величина параметра I0,25 будет чуть менее Q20 х 2. Отсюда можно сделать вывод, что такие характеристики, как время и ток разряда являются не пропорциональными друг другу.
Конечное напряжение разряда
Каждый раз при разряде аккумулятора напряжение на нем постепенно падает, а по достижению так называемого конечного напряжения разряда обязательно необходимо произвести отключение АКБ. При этом, чем ниже данная характеристика, тем соответственно выше будет фактическая емкость батареи. Как правило, производители указывают на собственных аккумуляторах минимальную величину конечного напряжения разряда, которая в свою очередь зависит от того каким током производится разряд. Случаются ситуации, когда напряжения источника энергии падает ниже этой величины (забыли вовремя отключить аккумулятор или этого нельзя было сделать, так как в течение длительного периода нельзя было обесточивать нагрузку). Тогда возникает явление, называемое глубоким разрядом АКБ. Если часто допускать глубокий разряд батареи, она может быстро выйти из строя.
Износ аккумулятора
Как принято считать, новый аккумулятор обладает номинальной емкостью (той, которую указывает производитель). Однако реальная величина данного показателя может немного отличаться – быть меньше заявленной по причине длительного хранения на складе, либо после нескольких полных циклов заряда и разряда и непродолжительной работы в буферном режиме немного увеличиться. Дальнейшая эксплуатация батареи, а также его хранение неизменно ведут к физическому изнашиванию источника энергии, его старению и постепенному выходу из строя.
Температура
Такой важный фактор, как окружающая температура в месте, где используется аккумулятор, очень сильно влияет на емкость последнего. В случае повышения температуры с 20°С до 40°С показатель емкости батареи возрастает на 5%, а при снижении до 0°С – уменьшается в среднем на 15%. Дальнейшее понижение температуры воздуха ведет к падению указанного параметра еще на 25% относительно номинальной величины.
Как проверить емкость аккумулятора?
Очень часто перед владельцем б/у аккумулятора встает задача определения его остаточной емкости. Классическим и нужно отдать должное самым надежным и эффективным способом проверки фактической емкости аккумулятора считается контрольный разряд. Под данным термином понимают следующую процедуру. Аккумуляторную батарею сперва полностью заряжают, после чего выполняют ее разряд постоянным током, при этом замеряют время, за которое она полностью разрядится. После этого рассчитывают емкость АКБ по уже известной формуле:
Величину постоянного тока разряда для большей точности расчета лучше подбирать таким образом, чтобы время разряда составляло около 10 или 20 часов (это зависит от времени разряда, при котором была рассчитана номинальная емкость батареи производителем). Затем полученные данные сравнивают с паспортными, и в случае если остаточная емкость будет меньше номинальной на 70-80%, АКБ подлежит замене, так как это явный признак сильного износа аккумулятора и его дальнейший износ будет протекать ускоренными темпами.
Основными недостатками данного метода являются сложность и трудоемкость в реализации, а также необходимость выведения аккумуляторов из эксплуатации на достаточно продолжительный период времени. Сегодня в большинстве устройств, использующих для своей работы аккумуляторные батареи, имеется функция самодиагностики – быстрой (всего за пару секунд) проверки состояния и работоспособности источников энергии, однако точность таких измерений не всегда высока.
Подписаться на еженедельную рассылку framespb.ru