Как рассчитать время работы батарейки. Все, что важно знать о батарейках. Формулы и определения

Любая аккумуляторная батарея – попросту аккумулятор, имеет свой срок службы, к сожалению, нет ничего вечного! Однако обычные кислотные АКБ, могут иметь достаточно большой «разбег» в сроках эксплуатации (иногда в два раза) — но с чем же это связано? Почему одни батареи могут работать чуть ли не 10 лет, а другие и до 3 лет еле дотягивают. Оказывается разница есть, и причем это конкретно влияет на срок работы нашего АКБ …

В начале статьи хочу отметить, что сегодня будем разбирать обычные кислотные АКБ, все же и AGM батареи это немного другое.

На срок службы аккумулятора влияет много различных факторов. Особенно внешних, давайте перечислим по пунктам:

• Температурный режим
• Исполнение батареи
• Исправность системы зарядки автомобиля
• Утечки тока
• Городская езда
• Крепление аккумулятора

Это основные пункты, которые могут продлить жизнь вашей батареи, причем намного! Однако для начала я хочу рассказать про качество производимых на данный момент времени АКБ.

Качество и сроки эксплуатации

В самом начале хочется сказать про качество современных аккумуляторов, сейчас не буду лезть в дебри с брендами. Просто хочу отметить:

• Сейчас есть действительно достойные батареи, которые ходят по 5 – 7 лет , а возможно и больше. Отличить их достаточно просто, во-первых это известный бренд, во-вторых это гарантия в 2 – 4 года. Как правило, они сделаны по необслуживаемой технологии, чтобы туда не «лезли руки» пытливых владельцев.
• Есть и не очень хорошие аккумуляторы, у них срок службы ограничен в лучшем случае – тремя годами ! А вот дают они на свою продукцию всего – 6 – 12 месяцев гарантийного обслуживания.

Различия плохого и хорошего производителя заключается в самих технологиях производства батарей, где-то читал что серьезные компании, не жалеют свинца для пластин, а также используют кальций и даже серебро, чтобы уменьшить процессы электролиза — поэтому они ясное дело ходят достаточно долго! А вот те, кто экономит, то и батареи будут работать очень мало, ведь свинца в пластинах малое количество и уже через 2 – 3 года он начинает осыпаться. Так что в (советую прочитать статью), нужно смотреть первое дело на гарантию и технологию, уже все сможете понять.

Ну а теперь я постараюсь быстро пробежаться по основным пунктам, которые указал сверху.

Температурный режим

Нужно отметить, что многие автомобилисты думают, что на срок службы влияет зимний период, то есть батарея « » теряет заряд и выходит из строя. Отчасти это так – основная проблема, это холодная батарея, даже после запуска она не берет нормально заряд, пока ее температура не повысится до плюсовой отметки. Поэтому короткие поездки действительно могут пагубно влиять на АКБ, но как правило все мы и поступаем (как я считаю правильно), и поэтому заряд нормально накапливается.

А вот летний режим, с его экстремально высокими температурами, а под капотом могут быть все + 60, + 70 градусов Цельсия. Компрометирует , летом вам не нужно много энергии для того чтобы пустить двигатель, но вот зимой требуется минимум на 30% больше! А так как летом емкость просела, то возможно, что двигатель вы уже не запустите!

Исполнение батареи

Про это я писал в статье — . Собственно если вы берете обслуживаемый вариант, то будьте готовы ухаживать за ним! Добавлять дистиллированную воду, проверять плотность электролита и т.д.! Если «прохлопаете» момент, то АКБ может и год не проходить! В этом отношении срок службы необслуживаемого аккумулятора намного больше, все же стоит купить именно его.

Исправность системы зарядки автомобиля

Здесь хочется выделить два основных аспекта:

• Генератор – он прямо влияет на эксплуатацию АКБ. Если он работает в своем штатном режиме, то срок — номинальный. Но вот если он начинает глючить, не давать или недодавать заряд, то батарея начинает больше разряжаться. Это чревато глубокими разрядами и сульфатацией пластин, пару тройку глубоких разрядов и выкидываете свой АКБ.

• Реле регулятора – это маленькая, но очень важная микросхема, она уберегает аккумулятор от перезаряда. Ведь генератор не знает меры! Для того чтобы перезаряд не проходил и нужен это маленький элемент, он также продлевает жизнь АКБ ().

Если все системы работают нормально, вы можете рассчитывать на номинальный срок батареи, то есть, скажем не меньше 5 – 7 лет! А вот если что-то работает не так, это критично снижает срок эксплуатации.

Утечки тока

Стороннее оборудование, например магнитолы или сигнализации, если их подключить не правильно, могут сажать вашу аккумуляторную батарею, вроде бы не большой ток утечки, но пару – тройку дней, да и даже неделю и все — глубокий разряд! Поэтому если вы замечаете что после ночной стоянки, стартер крутится не так резво, стоит . Затем в обязательном порядке его устраняем, иначе уже через несколько месяцев будете покупать новую АКБ.

Городская езда

Также стоит отметить, что в городах батареи живут меньше! НО почему? ДА все просто – в городе очень много коротких поездок, вы запустили авто, АКБ отдал энергию на пуск, а вы проехали всего несколько километров и уже через 10 минут встали на длительную стоянку! Таким образом, получился — небольшой «недозаряд»! Затем опять запустили и по новой остановились. Такие недозаряды разряжают батарею, и напряжение может упасть до критического. Например, зимой вы не сможете запустить машину — разрядите свой АКБ в ноль, а это глубокий разряд и сульфатация.

Поэтому чтобы продлить срок эксплуатации, стоит хотя бы раз в пару недель проезжать на машине больше 30 – 40 минут! Хотя если вы стоите в пробках длительное время с запущенным мотором, то этого вполне достаточно – ведь генератор крутиться .

Крепление аккумулятора

Многие могут посчитать это не важным пунктом и будут не правы! Потому как крепление как я считаю, один из важнейших пунктов – батарея при крутых поворотах и других маневрах может вылетать из своего места. И если она не закреплена, тогда может замкнуть клемма о кузов (скажем плюсовая на «массу»). Либо клемма вообще может сломаться, либо сломать место крепления в пластиковом корпусе, что тоже ничего хорошего не несет! Такой аккумулятор уже не проработает долго.

Запомните, батарея должна быть хорошо закреплена (сидеть в своем гнезде), желательно специальными скобами, либо другими зажимами.

• Не эксплуатируйте разряженный или «подсаженный» АКБ.
• Зимой старайтесь подзаряжать свою батарею, после прогрева двигателя дайте поработать 5 – 10 минут с отключенными электрическими приборами, например после поездки.
• Если у вас механика, облегчайте пуск двигателя нажатием на педаль сцепления.
• Не крутите стартер долго! Ибо он просто нереально много расходует энергии. Максимум 4 – 5 секунд, за один пуск! Если машина не запускается с 4 раза, не стоит ее дальше насиловать.
• В зимний период времени. Перед пуском желательно зажигать фары, это запустит химическую реакцию в аккумуляторе и позволит ему быстрее прогреться. Фары стоит зажигать на 20 – 30 секунд, этого достаточно.
• Периодически осматривайте корпус АКБ, очищайте клеммы и корпус от налета.
• Периодически заряжайте аккумулятор. Даже если вы идеально используете свой автомобиль, он может разряжаться. Например идеальное напряжение 12,7 В, но зачастую АКБ на автомобиле держится около 12,2 – 12,4В. Полезно его поднимать до 12,7В скажем раз в месяц.

Кстати полезное видео в тему.

Многие приборы, окружающие нас в повседневной жизни, требуют регулярной замены батареек. Но одни батарейки служат долго, а другие «умирают» практически сразу, особенно на морозе. Почему? Предлагаем разобраться - для чего подходят те или иные виды источников питания, будь то беспроводные наушники, компьютерные мыши или пульты от телевизора, и как сэкономить при их выборе.

Автором первой в мире батарейки стал итальянский физик Алессандро Вольта. Он обнаружил, что химические процессы, возникающих между электродами из различных металлов, могут стать источником электрического тока. Вольта сконструировал элемент, в котором чередовались пластинки цинка и меди, а между ними были проложены кусочки суконной ткани, пропитанной соляной кислотой. Батарея была помещена в обладающий проводимостью соляной раствор - электролит. На выходах создавалась разность потенциалов, суммирующая напряжение всех соединенных в столб элементов, в результате возникал электрический ток.

Алессандро Вольта представил своё изобретение Лондонскому королевскому обществу в 1801 году, после этого его пригласил в Париж Наполеон I Бонапарт, чтобы физик лично продемонстрировал ему работу батареи. За это Вольта были пожалованы орден Почетного легиона, титул короля электриков и премия в 6 тысяч лир.

Первое массовое производство батареек наладила американская компания Eveready в конце XIX века. Тогда выпускались источники питания для радиоприемников, позже их стали применять в горной промышленности, в автомобилестроении, на флоте и в авиации. В 20-х годах прошлого века американский рынок батареек захватила компания Duracell, и поэтому долгое время «господствовали» марганцево-цинковые гальванические элементы с графитным электродом.

Затем пришли новые технологии, а вместе с ними и новые производители. Сегодня на российском рынке самые популярные бренды GP, Energizer, Duracell, Varta, «Космос». Источники тока отличаются по мощности, она, в свою очередь, зависит от начинки. В зависимости от состава - катода, анода и электролита - батарейки бывают соляными, щелочными, ртутными, литиевыми и серебряными.

Виды по составу

Солевые батарейки пришли на замену марганцево-цинковым во второй половине XX века. В солевых в качестве электролита используется раствор хлорида аммония, в нём размещены электроды, изготовленные из цинка и оксида марганца. Солевые самые недорогие из всех представленных на рынке батареек.

Однако большинство производителей уже отказались от выпуска этих гальванических элементов, и в продаже их практически не найдёшь. Наверняка, многие замечали в отсеке для батареек белый налёт или скопление крупинок соли. Оказалось, что эти источники тока чаще других склонны к разгерметизации, в результате электролит вытекает, что сказывается на сроке службы техники. Кроме того, это опасно и для человека - если соль попадёт на кожу или слизистые оболочки, то есть риск получить ожог.

Щелочные также известны в народе как алкалиновые (от английского alkaline - «щёлочь»). Они немногим дороже солевых, однако, пользы от них в разы больше: при непрерывном разряде они способны проработать значительно дольше, чем солевые, и с более интенсивной нагрузкой. Элементы питания этого типа стоят в среднем около 20 - 30 рублей за батарейку.

Ртутные, как и соляные, уже практически не встретишь в продаже, их снимают с производства из-за токсичности ртути. Также они требуют специальных условий утилизации. Кроме этого, при цикличной работе гальванический элемент быстро деградирует и его ёмкость снижается.

Литиевые батареи работают дольше всех при высоких нагрузках. В такой батарейке катод изготовлен из лития, он отделён от анода с помощью сепаратора и диафрагмы, которая пропитана органическим электролитом. При этом литиевые самые лёгкие из всех существующих, но их единственный недостаток в цене - стоимость одной упаковки из двух батареек около 150 рублей.

Серебряные батарейки тоже одни из самых дорогих, оксид серебра служит основой для катода, а цинк - для анода. Электролитом выступает гидроксид натрия или калия. У них стабильное напряжение и высокая ёмкость. «Сами по себе эти батарейки хороши: они долго хранятся и медленно разряжаются. Поставил и на пять лет забыл о смене элементов тока. Но в магазинах их редко встретишь из за высокой цены», - объяснил продавец-консультант магазина «Техносити» Артём Новиков.

«Многоразовые»

Опытные пользователи предпочитают вместо одноразовых батареек покупать аккумуляторные, так как их можно многократно перезаряжать. Отличить аккумуляторы можно по надписи Rechargeable, а также по обозначенной на корпусе ёмкости в миллиампер-часах (mAh). Для перезарядки нужно специальное устройство, включаемое в розетку, его стоимость варьируется от 300 до 4 тысяч рублей.

На полках магазинов чаще можно найти никель-кадмиевые и никель-ионные аккумуляторы. «Перезаряжаемые батарейки - перспективное направление и в науке, и в производстве. Перезаряжаемые источники питания ещё и экологичны за счёт многоразового использования. Так что скоро аккумуляторы вытеснят одноразовые батарейки. Учёные всё время работают над разработкой новых материалов. Например, новосибирский научно-исследовательский институт химии твёрдого тела работает над синтезом натрий-ионных батарей, в перспективе разработка магний-ионных источников тока», - рассказала кандидат химических наук Нина Косова.

Виды по размеру

Теме не менее, одноразовые батарейки ещё рано отправлять на свалку истории. Прежде всего, доступность по цене не позволит их списать в утиль, поэтому полезно разобраться в классификации батареек по размерам.

ААА - небольшая батарейка, в народе также известная как «мизинчиковая». Высотой около 4,5 сантиметров и диаметром около сантиметра. Напряжение составляет 1,5 вольт.

АА - ещё одна миниатюрная батарейка, её также называют «пальчиковая». Высота составляет 5,5 сантиметров, диаметр - около 1,5 сантиметров, а напряжение - не более 1,5 вольт.

C - эти батарейки именуют «дюймовочками» или «эсками» из-за высоты - пять сантиметров. Диаметр составляет 2,6 сантиметра, а напряжение 1,5 вольта.

D - это самая большая батарейка, поэтому её неофициально прозвали «бочка». Напряжение стандартное, высота - 6,1 сантиметра, диаметр - 3, 4 сантиметра.

PP3, или «крона», - элемент с самым высоким напряжением в девять вольт, высотой 4,8 сантиметра и диаметром 2,6 сантиметра. У этой батарейка оба контакта расположены с одной стороны.

Область применения

Солевые батарейки обладают малой ёмкостью - около 0,8 ампер в час. Они подходят к устройствам с малым энергопотреблением: пульты дистанционного управления, термометры, настенные часы, кухонные или напольные весы. Эти батарейки очень быстро теряют заряд при низких температурах.

У щелочных область применения значительно шире, и они рассчитаны на высокие нагрузки. Ёмкость такой батарейки составляет 1,5 - 3,2 ампер в час. Щелочные элементы применимы к цифровым фотоаппаратам со вспышкой, фонарикам, детским игрушкам, офисным телефонам, компьютерным мышкам и так далее.

Литиевые батарейки имеют более длительный срок службы, поэтому такие источники питания применяются в устройствах, которые обладают высоким энергопотреблением. Это может быть компьютерная и фототехника, медицинская аппаратура. Кроме того, такие батарейки не боятся мороза. И их можно смело использовать для какого-нибудь уличного гаджета.

Ртутные батарейки ещё 20 лет назад широко использовались в таких устройствах, как электронные часы, кардиостимуляторы, слуховые аппараты, приспособления военного назначения. Но сегодня, как уже говорилось выше, от них отказались из-за высокого риска получить отравление.

Серебряные батарейки не получили массового распространения из-за высокой стоимости металла. Однако миниатюрные источники питания этого вида широко используются в наручных часах, материнских платах ноутбуков и компьютеров, слуховых аппаратах, музыкальных открытках, брелоках. Батарейки формата «крона», в основном, вставляют в радиоуправляемые игрушки или другие устройства, требующие большой мощности.

При выборе батарейки также стоит ориентироваться на дату производства. «Всегда надо смотреть, когда была произведена батарейка. Если она год пролежала на полке в магазине, то можно быть уверенным, что она потеряла свою ёмкость на 10-20%. Поэтому никогда не покупайте батарейки впрок. Самый короткий срок хранения у солевых - около двух лет; до пяти лет могут храниться щелочные, и до семи - литиевые», - подчеркнул продавец-консультант Артём Новиков.

Как выбрать оптимальную конфигурацию ИБП для организации бесперебойного питания оборудования и бытовых приборов в доме

Ответить на вопрос о выборе конфигурации источника бесперебойного питания для обеспечения надёжного электропитания отопительных и инженерных систем, бытовых электроприборов достаточно сложно. По сути, это уравнение с многими неизвестными. Ведь, заранее неизвестно на сколько плохим будет сетевое электропитание, и какова будет продолжительность отключений электроэнергии.

На первом этапе необходимо определить общую мощность всех потребителей энергии, работу которых необходимо обеспечивать в случае отсутствия сетевого электропитания. Исходя из этого значения необходимо выбрать ИБП мощностью на 20% превышающей максимальное значение нагрузки. После этого нужно определится с ёмкостью внешних аккумуляторных батарей, исходя из необходимого времени резервирования.

Наиболее оптимальным решением бесперебойного питания будет разбить нагрузку на несколько более маленьких групп потребителей. И решать задачи обеспечения резерва раздельно для различных групп потребителей в зависимости от их важности. При выборе конфигурации источника бесперебойного питания и аккумуляторных батарей следует учитывать, что увеличение запаса мощности ИБП не приводит к линейному увеличению длительности резерва. Для обеспечения большой мощности нагрузки необходим более мощный ИБП, а для обеспечения большого времени резерва необходимо увеличивать ёмкость внешних аккумуляторных батарей.

Простой способ расчета времени резерва бесперебойника

Время резерва питания определяется прежде всего двумя параметрами: мощностью полезной нагрузки и общей ёмкостью всех аккумуляторных батарей.

Однако следует отметить, что зависимость времени резерва от этих параметров не линейная. Но для быстрой примерной оценки времени резерва можно использовать простую формулу.

T = E * U / P (часов),

где Е - ёмкость аккумуляторов, U - напряжение аккумуляторов, Р - мощность нагрузки всех подключаемых приборов .

Уточненный способ расчёта времени резерва бесперебойника

Для уточнения расчёта времени резерва дополнительно вводятся специальные коэффициенты: КПД инвертора, коэффициент разряда аккумулятора, коэффициент доступной ёмкости в зависимости от температуры окружающей среды.

С учётом этих коэффициентов формула расчета принимает следующий вид.

T = E * U / P * KPD * KRA * KDE (часов),

где KPD (коэффициент полезного действия инвертора) находится в диапазоне 0,7-0,8,

KRA (коэффициент разряда аккумуляторов) находится в диапазоне 0,7-0,9,

KDE (коэффициент доступной ёмкости) находится в диапазоне 0,7-1,0.

Коэффициент доступной ёмкости имеет сложную зависимость от значения температуры и скорости прикладывания нагрузки. Чем холоднее температура воздуха, тем ниже коэффициент доступной ёмкости. Чем медленнее расходуется энергия батарей, тем больше значения коэффициента доступной ёмкости.

Готовые таблицы значения времени резерва бесперебойников серии SKAT и TEPLOCOM

Необходим один внешний аккумулятор напряжением 12 Вольт

Таблица примерного времени резерва

Необходимо два внешних аккумулятора напряжением 12 Вольт

Таблица примерного времени резерва

Необходимо 8 внешних аккумуляторов напряжением 12 Вольт

Линейка ИБП марок SKAT и TEPLOCOM обеспечивает возможность организации надёжного бесперебойного питания потребителей различной ёмкости и назначения. Бесперебойники дают возможность организовать бесперебойное питание от маленького котла отопления или циркуляционного насоса до питания всего дома или офиса. Специализированные ИБП дают возможность организации бесперебойного питания особо важных объектов, таких как системы связи, коммуникационное оборудование, системы безопасности и контроля.

Для увеличения времени резерва питания полезной нагрузки есть несколько путей. Все эти способы вытекают из формулы расчета времени резерва.

Для увеличения времени резерва можно увеличить ёмкость внешних АКБ, уменьшить полезную нагрузку, создать оптимальные условия эксплуатации ИБП и аккумуляторных батарей.

Первый вариант - самый простой, но затратный. Для увеличения ёмкости батарей придется покупать более дорогие аккумуляторы и ИБП, позволяющие производить их эффективный заряд. Кроме затрат на оборудование потребуется и выделение специального помещения, предназначенного для хранения и работы аккумуляторных батарей, снабженного хорошей системой вентиляции.

Второй метод - уменьшить нагрузку. Прежде всего нужно разбить нагрузку на группы в зависимости от необходимости обеспечения бесперебойного питания. Если электроэнергии не будет длительное время, то нужно будет выбирать между важностью обеспечения работы инженерных систем отопления, водоснабжения и необходимостью пользоваться холодильником или кондиционером. Так современный холодильник позволяет обеспечить приемлемую температуру около 20 часов, если его лишний раз не открывать. Еще одной группой потребителей является система освещения, для освещения можно использовать автономные источники бесперебойного питания или аварийные светильники со встроенной аккумуляторной батареей. В конечном счёте можно посидеть и при свете фонарика или старой доброй свечи, всё лучше, чем разморозить систему отопления.

Третий метод заключается в повышении качества обслуживания ИБП и батарей. Здесь наиболее важными моментами являются содержание оборудования в чистоте, обеспечение хорошего температурного режима. Отдельно стоит отметить необходимость проведения правильного заряда АКБ и проведения тренировок аккумуляторов. Часто бывает так, что проблем с электричеством нет, и аккумуляторы не подвергаются циклам разряда и заряда. В результате через несколько месяцев резко падает реальная ёмкость АКБ. Для тренировки АКБ необходимо использовать специальное оборудование или имитировать периодически отключение электроэнергии, давая возможность батареям работать.

В системах бесперебойного или резервного питания используются только аккумуляторов глубокого цикла. Они отличаются от обычных способностью к продолжительной зарядке и разрядке. Поэтому большое значение имеет расчет времени работы инвертора от аккумулятора, поскольку современные модели способны эксплуатироваться в течение 12 лет и более. Для проведения таких расчетов потребуются исходные данные.

В первую очередь нужно уточнить количество электроприборов и мощность, потребляемую ими. Чем выше емкость батареи или системы аккумуляторов, тем дольше будет работать подключенное оборудование при отсутствии централизованного электроснабжения. Для того чтобы рассчитать время автономной работы инвертора, нужно знать количество и емкость аккумуляторов, а также мощность, которую потребляет нагрузка в течение часа.

Вначале следует определить общую емкость используемых аккумуляторов. Например, в системе имеется 12 батарей по 12 вольт, с емкостью каждой из них 200 ампер-часов. В результате получается 12 х 12 х 200 = 28800 Вт/ч. У новых батарей максимальный КПД составляет 95%, то есть с учетом коэффициента потерь получается 28800 х 0,95 = 27360 Вт/ч. Значение среднечасовой нагрузки составляет 1320 вт. Получается время работы инвертора от аккумуляторной батареи 27360/1320 = 20,7 ч или в округленном виде - 20 часов.

Для простоты мы сделали калькуляторы расчета:

А теперь представим алгоритм расчета:

1) Определяем совокупную мощность нагрузки и постоянный ток разряда.

2) Вычисляем необходимую емкость аккумулятора для заданной автономии.

3) Определяем тип аккумулятора

Пример

Дано: две светодиодные ленты мощностью по 10Вт и работающие от 12В. Необходимая автономия: 10ч. Срок службы: год при ежедневной эксплуатации. Условия эксплуатации: постоянная комнатная температура 20 градусов.

Найти: минимально допустимые и оптимальные аккумуляторы для решения задачи.

Решение

1) Совокупная мощность W=10Вт*2=20Вт. Постоянный ток разряда: I=20/12=1.67A. Для точных расчетов желательно померить ток потребления при помощи мультимера.

2) Для определения необходимой емкости следует пройти по пунктам:

а) Для того, чтобы продержать нагрузку на таком токе разряда необходимо определить минимальную расчетную емкость АКБ: 1,67*10=16,7Ач.

б) Нужно иметь ввиду, что емкость аккумуляторных батарей указывается производителями исходя из определенного времени разряда. Обычно это 10 часов. Но некоторые производители указывают 20 часов. Тут нам поможет по АКБ, которую можно взять на нашем сайте. Посмотрим спецификацию :

В нашем случае, время работы от АКБ 10 часов, значит мы можем считать емкость равной номинальной. Однако, если в задаче стоит 5 часов, то нужно делать поправку на то, что при таком времени разряда емкость АКБ будет ниже (умножаем ток разряда на часы – 4,8А*5ч=24Ач вместо 28).

В задаче мы можем видеть, что планируемое кол-во циклов у нас 365. Ориентировочная предельная глубина разряда в нашем случае – около 57%. Желательно взять с запасом, будем рассчитывать на 50% разряд (реальные условия эксплуатации отличны от идеальных лабораторных условий).

Таким образом, вводим поправку 0,5: 16,7/0,8=33,4Ач.

г) В случае, если мы имеем дело с отличной от оптимальной температурой эксплуатации (25градусов), необходимо водить поправочный коэффициент, который тоже можем взять из спецификации:

Так при температуре 10 градусов следует ввести коэффициент 0.9, т.е. ещё +10% к расчётной емкости.

3) В случае, если нам необходимы долгие режимы разряда – следует обратить внимание на серии AGM аккумуляторов популярных на российском рынке производителей:

• У АКБ Delta – серия
• У CSB –