В чем и почему измеряется емкость аккумуляторов

Заряд Q, как количество электричества, измеряется к кулонах (Кл), электроемкость конденсаторов C — в фарадах, микрофарадах (мкф), а вот емкость аккумуляторов измеряется почему-то не в фарадах, а в ампер-часах (миллиампер-часах).

Что бы это значило? Один ампер — это кулон за одну секунду, мы знаем из курса физики, что если через проводник за 1 секунду проходит электрический заряд равный 1 кулону, то по проводнику течет ток в 1 ампер.

И что тогда такое ампер-час? Ампер-часом (Ач) считается емкость аккумулятора, при которой по приведенному току в 1 ампер, аккумулятор разрядится за 1 час до минимально допустимого напряжения.

Например для литий-ионного аккумулятора типоразмера 18650, емкостью 3400 мАч, это означает, что аккумулятор при токе в 340мА сможет отдать свой заряд за 10 часов, а автомобильный аккумулятор емкостью 55 Ач разрядится от примерно от 12,8 до 10,8 вольт за 2 часа при разрядном токе в 27,5 А.

Как вы наверняка знаете, аккумуляторы нельзя разряжать до нуля, и в реальности каждому типу аккумуляторов свойственно минимально разрешенное напряжение, до которого допускается разряжать аккумулятор без вреда.

Например, автомобильный свинцовый аккумулятор нельзя разряжать ниже чем до 10,5 вольт, а литиевый аккумулятор можно разряжать не ниже чем 2,75 вольта. Если эти допуски нарушать, то ресурс аккумулятора будет истощен значительно быстрее, чем могло бы быть с соблюдением рекомендаций относительно минимального напряжения.

Таким образом, емкость аккумулятора оценивают исходя из регламентированных норм для различных типов аккумуляторов: автомобильные аккумуляторы тестируют на 20 часовом цикле разряда, а литиевые — на 5 часовом. Полностью заряженный аккумулятор разряжают заранее выбранным током I до минимально допустимого напряжения разряда, измеряя при этом время разряда Т. В конце эксперимента, перемножив ток и измеренное время, — получают значение реальной емкости аккумулятора в ампер-часах. Q = IT.

Простейший способ экспериментальной оценки емкости аккумулятора известного типа

Итак, для измерения емкости аккумулятора простейшим но кропотливым способом, не прибегая к применению специальных приборов, его полностью заряженный можно разрядить через резистор известного приемлемого номинала.

Например, допустимое безвредное напряжение полного разряда литиевого элемента типоразмера 18650 равно 2,75 вольт, а напряжение полного его заряда принимается равным 3,75 вольт. Помните, что такие аккумуляторы заряжают напряжением не более 4,35 вольт в специальных зарядных устройствах!

Допустим, полностью заряженный аккумулятор имеется. Выберем средний ток разряда в 325 мА, возьмем резистор номиналом 10 Ом, мощностью 2 Вт — с запасом. Измерим стартовое напряжение на клеммах аккумулятора, допустим оно получилось ровно 3,75 вольт, и присоединим к клеммам резистор, одновременно засекая время на часах. Далее будем следить за вольтметром — через сколько часов напряжение снизится до уровня 2,75 вольт.

К примеру, через 10 часов 27 минут напряжение на аккумуляторе стало 2,75 вольт, причем на старте он было 3,75 вольт, и это при разряде через резистор в 10 Ом. Итак, емкость уже можно с хорошей точностью оценить: стартовый ток 3,75/10 = 375 мА, финишный ток 2,75/10 = 275 мА, средний ток (375+275)/2 = 325 мА. Значит, в течение 10,45 часов аккумулятор отдавал средний ток в 0,325 А, следовательно емкость равна Q = 10,45*0,325 = 3400 мА-ч. Это хотя и грубый, но надежный способ оценки емкости аккумулятора.

Автомобильный аккумулятор

Для измерения емкости автомобильного аккумулятора удобно применить обычную лампу накаливания от фары на 60 ватт. Средний ток в 5 ампер она обеспечит. К полностью заряженному аккумулятору (до примерно 12,5-12,8 вольт) подключают лампу и вольтметр, одновременно засекая время. Когда напряжение снизится до 10,8 вольт — отключите лампу и зафиксируйте прошедшее время. Например, если прошло 9 часов, то реальная емкость данного автомобильного аккумулятора Q = 9*5 = 45 Ач.

Перевести фарады в ампер-часы

Аккумулятор, в отличие от конденсатора, имеет очень большой участок нелинейности на разрядной кривой. Но все же некоторые любители экспериментов пробуют, и у них это успешно получается, в некоторых применениях заменять аккумулятор суперконденсаторами .

1 ампер-час — это 3600 кулон. Пусть, мы хотим получить батарею конденсаторов, эквивалентную по разрядной характеристике, хотя и на коротком участке, аккумуляторной батарее номиналом 12 вольт, емкостью 55 ампер-часов. 55 ампер в течение часа — это 55*3600 кулон.

Примем изменение напряжения от 13 до 11 вольт, тогда поскольку Q = С(U1-U2), то С = 55*3600/2 = 99000 Ф. Почти 100 килофарад эквивалентная электроемкость автомобильного аккумулятора, если бы его разрядная характеристика была такой же, как у конденсатора.

В интернете есть видео, где шестью суперконеднсаторами по 3000 Ф, на 2,7 В каждый, соединенными последовательно заменяют стартерную батарею автомобиля. Получается 500 Ф примерно на 16 В.

Давайте прикинем, какой ток и в течение какого времени сможет дать такая сборка. Пусть рабочий диапазон принят снова от 13 до 11 вольт. В течение какого времени можно рассчитывать на ток в 200 А (с запасом)? I = С(U1-U2)/t, тогда t = C(U1-U2)/I = 500*2/200 = 5 секунд. Достаточно чтобы завести двигатель.

Смотрите также: Параллельное и последовательное соединение аккумуляторов