Доклад
По теме “Батарейки. Виды батареек. Емкость батареек”
Что такое емкость аккумулятора?
Ёмкость 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).
Емкость определяет, сколько времени батарея может питать подключенный к нему предмет – потребитель электрической энергии. Чем выше емкость, тем дольше элемент служит. Единицей измерения емкости является mAh – миллиампер в час. У солевых батарей она равна 550-1500 mAh. Емкость щелочных батареек – 1000-2980 mAh. Литиевые имеют 2000-3000 mAh. Сила тока зависит от внутреннего и внешнего сопротивления источника питания. В батарейках АА она примерно равна 750 mAh
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;
P – имеющаяся нагрузка, Вт;
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.
Как определить ёмкость батарейки?
Ёмкость аккумуляторной батареи определяет количество времени, в течение которого АКБ сможет давать энергию на полезную нагрузку. Емкость аккумуляторной батареи измеряется в ампер-часах. Сама физическая единица показывает, что ёмкость аккумуляторной батареи — это произведением тока разряда аккумулятора (в амперах) на время разряда АКБ (в часах).
Ёмкость аккумуляторной батареи — это физическая величина, которая вместе с напряжением батареи определяет количество энергии, которую способна дать полностью заряженная аккумуляторная батарея. Не следует путать понятия ёмкости аккумуляторной батареи и заряда (заряженность) аккумулятора. Ёмкость определяет потенциал аккумуляторной батареи, то есть количество времени, в течение которого АКБ сможет обеспечить питание нагрузки, если аккумуляторная батарея полностью заряжена.
Реальная ёмкость аккумулятора определяется несколькими факторами: величиной приложенной нагрузки, температурой батареи. Чем больше приложена нагрузка, тем быстрее происходит разряд батареи. Чем ниже температура, тем меньше ёмкости имеет батарея. Ёмкость аккумулятора — величина, зависящая от способа и условий измерения, поэтому её необходимо рассматривать в соответствии с технической документацией к батареи. Обычно производитель определяет длительным способ разряда батареи (в течение 20 часов) при комнатной температуре (20 градусов).
Какие бывают батарейки?
· Солевые батарейки
Это старейший тип батареек, разработанный компанией Eveready еще в 20-х годах прошлого века. В качестве «минуса» в нем используется цинк, а в качестве «плюса» — двуокись марганца. Электролит, который обеспечивает протекание реакции — хлорид аммония. Это соль, поэтому батарейка называется солевой. Солевые батарейки имеют международную маркировку R. Такие батарейки подходят для устройств, не требующих большой мощности питания: детских игрушек, пультов ДУ для телевизоров, часов, ручных фонариков, небольших радиоприемников.
· Щелочные батарейки
Щелочные батарейки также называются алкалиновыми (от французского alcaline — щелочной). Они также состоят из марганца и цинка, но в качестве электролита, в котором протекает реакция, в них используется гидроксид калия. Это щелочь, поэтому у батарейки такое название. Щелочная батарейка маркируется буквами LR. Эти батарейки подходят для устройств со средним и высоким потреблением тока, таких как ручные прожекторы, плееры и диктофоны, фотоаппараты.
· Ртутные батарейки
В этих батарейках в качестве «минуса» служит цинк, а «плюса» — оксид ртути. Они разделяются слоем электролита, в роли которого выступает 45% раствор щелочи (гидроксид калия, как и в алкалиновых). Ртутные батарейки в наше время используются очень редко из-за общеизвестного факта: ртуть токсична. Однако еще в недалеком прошлом они активно применялись в электронных часах, весах, медицинской технике — слуховых аппаратах, кардиостимуляторах.
· Серебряные батарейки
Есть и такие. В них роль «минуса» опять играет цинк, а роль «плюса» — оксид серебра. Реакция с выделением электрического тока протекает при помощи щелочного электролита — гидроксида калия или натрия.
Международная маркировка серебряной батарейки — SR. Используются они в тех же сферах, что и ртутные, и по достоинствам и недостаткам практически им аналогичны. Главное преимущество серебряных батареек перед ртутными — безопасность: серебро нетоксично, и при нарушении герметичности корпуса нет риска отравления. Главный минус — серебряные батарейки дороже всех остальных видов батареек.
· Литиевые батарейки
Наконец, последний тип батареек — литиевый. У этих батареек в качестве «плюса» используется литий, а вот «минус» и электролит могут быть представлены различными веществами: диоксид марганца, монофторид углерода, пирит, тионилхлорид и другие.
Литиевые батарейки могут использоваться в разной портативной электронике и имеют маркировку CR. Они объединяют в себе все преимущества предыдущих типов и, по факту, являются самым хорошим гальваническим элементом питания. Но по сравнению с щелочными и солевыми элементами литиевые батарейки дороговаты (хотя в зависимости от используемых веществ цена может сильно различаться). Поэтому первые тоже выпускаются в большем количестве для бюджетного сегмента.
