Что такое ампер-часы в аккумуляторе
Аккумулятор предназначен для накопления, хранения электроэнергии и передачи её электропотребителям. Одним из важнейших параметров, кроме пускового тока, типоразмера и полярности, является ёмкость батареи, которая измеряется в ампер-часах. Другими словами, ёмкость – это количество электроэнергии, которую может передать полностью заряженный аккумулятор за единицу времени. Разрядившись при этом до конечного минимального напряжения, которое равно 10,5 вольт. Рассмотрим эту тему более подробно.
Измерение емкости аккумулятора в ампер часах
Рассмотрим ампер-часы простыми словами на таком примере: имеем АКБ емкостью 100 А/ч. Это теоретически новый, полностью заряженный аккумулятор, который может отдавать силу тока, равную 1А в течение 100 часов, пока не разрядится до конечного минимального напряжения 10,5 вольт. Если это произошло в расчетное время, значит емкость в ампер-часах соответствует заявленной характеристике. Соответственно, 2 ампера батарея выдаст в течение 50 часов. И это касается новых АКБ. В старых, в следствие износа такой тест может показать 50-типроцентную просадку, а это значит, что АКБ пора менять. А вот 50 ампер за 2 часа новый аккумулятор не выдержит, поскольку в процесс вступает закон Степенной Зависимости, который рассчитывается по сложной математической формуле. Но не будем загружать наших читателей излишней информацией, ведь на практике потребителя интересует, скорее всего, остаточная емкость уже поработавшего аккумулятора или соответствие характеристик нового при покупке в магазине.
На данный момент существует довольно много аккумуляторных тестеров, которые за пару минут продиагностируют аккумулятор и выведут на дисплей показатели остаточной и резервной емкости АКБ. Кстати, об этом ниже.
Расчет количества резервной мощности в аккумуляторе
Резервная мощность показывает, как влияют ампер часы в аккумуляторе на продолжительность работы подключенного электропотребителя. Эта характеристика определяется временем отдачи тока силой в 25А до разрядки батареи до минимально допустимого напряжения в 10,5 вольт. Измеряется не в часах, а в минутах.
Как правило, эта характеристика указывается только на тяговых батареях, использующихся в источниках бесперебойного питания, солнечной энергетике и так далее. В стартерных автомобильных аккумуляторах более важным показателем, особенно при тестировании старой батареи, является остаточный пусковой ток, который уменьшается со временем работы АКБ и находится в прямой зависимости от остаточной емкости батареи приблизительно 1 ампер час на 8-10 ампер пускового тока.
Номинальная и реальная емкость аккумулятора
К сожалению, все аккумуляторы, особенно стартерные, подвержены химическому старению. Условия эксплуатации и режим поездок, частота запусков, продолжительность поездок и наличие дополнительного электрооборудования – всё это сказывается на работе батареи. И чем почтеннее возраст, тем больше номинальные характеристики, указанные на корпусе аккумулятора, отличаются от реальных. Новая батарея емкостью 60 а/ч и пусковым током 600А через 5 лет может потерять до 50% своей емкости и, соответственно, пускового тока. Да и новую, при желании, можно довести до такого состояния за полгода.
Фактическую емкость старого аккумулятора, к примеру – 75 а/ч, можно измерить двумя способами. Первый – подключить к АКБ потребитель на 1 ампер, запастись вольтметром, зафиксировать время и ждать, пока напряжение не упадет до 10,5 вольт. Довольно сложно и долго. Второй способ – на 5 минут подъехать на толковый автосервис, автоэлектрик к батарее подключит тестер и выдаст Вам результат, который без труда можно расшифровать: остаточную емкость аккумулятора в ампер-часах и остаточный пусковой ток. И Вы уже будете владеть полноценной информацией, пора менять АКБ или сезон она еще продержится.
Ампер-часы аккумулятора: что это такое и зачем они нужны
Одной из главных характеристик химического источника тока (включая перезаряжаемые элементы – аккумуляторы) является его емкость. Эта величина характеризует количество электрической энергии, которое способен запасать, а потом отдавать аккумулятор. В СИ единицей измерения емкости является фарад, но в быту намного удобнее применять внесистемную единицу – ампер-час.
Что означает ампер час в аккумуляторе
Термин ампер-час связывает две физические величины – ток и время. Иными словами, количество ампер-часов характеризует способность аккумулятора разряжаться заданным током определенный промежуток времени от полного заряда, до уровня, принятого за нулевой. Например, аккумулятор емкостью 50 А*ч может выдавать ток 5 ампер в течение 10 часов, а батарею в 60 А*ч за 10 часов можно разрядить током уже 6 ампер.
Емкость в ампер-часах указывается на корпусе АКБ в явном виде
Казалось бы, если источник тока в 50 А*ч разряжать током, например, 10 А, он сможет питать нагрузку в течение 5 часов, а если током 1 А – то в течение 50 часов. В первом приближении это верно, но не все так просто. Емкость аккумулятора зависит от разрядного тока, и чем ток выше, тем емкость меньше. Так, током 25 А упомянутый аккумулятор разряжается гораздо быстрее 2 часов. Также на реальную емкость влияют другие факторы – температура, фактическое состояние источника тока и т.д.
Как перевести ампер часы в Миллиамперы
Миллиампер-час является дольной единицей от ампер-часа. Соотношение между миллиампер-часом и ампер-часом точно такое же, как и между ампером и миллиампером – в 1000 раз. Иными словами, 1 А*ч равен 1000 мА*ч. Например, емкость 2400 мА*ч равна 2,4 А*ч.
Миллиампер*час применяется там, где использование более крупных единиц неудобно. Так, обозначение емкости маленького аккумулятора 90 мА*ч удобнее для восприятия, чем эквивалентная ему запись 0,09 А*ч.
Чем отличается ватт час и ампер час
Параллельно с ампер-часом применяется другая единица – ватт-час . Она удобнее в тех случаях, когда емкость считается по разным уровням напряжения. Например, литиевый аккумулятор, рабочее напряжение которого составляет 3,7 вольта, разряжается через преобразователь напряжения на нагрузку, требующую напряжения питания 5 вольт и тока 0,75 А. Следовательно, мощность нагрузки составляет 5 х 0,75 = 3,75 ватт.
Пусть емкость аккумулятора равна 2 А*ч, расходуемая мощность в цепи аккумулятор — преобразователь составляет те же самые 3,75 ватта (для простоты потери преобразования равны нулю). Тогда ток в этой цепи составит 3,75/3,7=1 А (приблизительно). Таким образом, токи, потребляемые от одного аккумулятора в разных участках цепи, будут различаться, и пользоваться для расчетов ампер-часом неудобно. Комфортнее применять другую единицу измерения – ватт-час. Она будет одинаковой для любого уровня напряжения.
Чтобы из ампер-часов получить ватт-часы, достаточно исходную величину умножить на уровень напряжения. Например, для цепи 3,7 вольт емкость приведенного в примере аккумулятора составит 2 А*ч х 3,7 В=7,4 Вт*ч. Этой же величиной можно пользоваться без всяких пересчетов для стороны 5 вольт.
Для цепей с разным напряжением токи будут различаться, а мощность будет одинаковой
Что такое ампер-час в аккумуляторной батарее?
Потребители энергии получают определенный ток от батареи или аккумулятора. Как долго они могут работать, зависит от емкости элементов, составляющих батарею. Если нагрузка потребляет ток 1 А, он будет заряжаться 1 Ач в течение часа. Батарея 10 Ач теоретически может питать потребитель, требующий 1 А в течение 10 часов. Для того, которому требуется ток 2 А, время работы от батареи 10 Ач будет сокращено до 5 часов. Резистивные нагрузки (например лампочка) будут потреблять меньший ток при падении напряжения батареи. Потребители, оснащенные преобразователем постоянного тока, могут получать постоянную мощность даже при изменении напряжения, то есть когда напряжение питания падает, они потребляют больше тока.
Итак, давайте опустим напряжение аккумулятора и сосредоточимся только на ампер-часах для определения его емкости. Как батарея 12 В 10 Ач, так и батарея 6 В 10 Ач могут питать потребитель током 1 А в течение 10 часов, но в случае 12 В он будет использовать 12 Вт, а в случае 6 В это будет 6 Вт. Поэтому емкость батарей часто указывается в Втч, то есть батарея на 10 Вт может обеспечить током потребитель мощностью 1 Вт в течение 10 часов. Такие батареи имеют емкость в Ватт-час, соответственно батарея 12 В, 10 Ач -> 120 Вт-ч и 6 В, 10 А-ч -> 60 Вт-ч.
Напряжение, ток, мощность – что это за значения и как они связаны? Позвольте вставить немного теории.
Напряжение
Напряжение выражается в вольтах, пишется [В]. Представьте себе двух враждующих собак, которых владельцы держат на поводках. Эти собаки представляют собой группы электрических зарядов и сила, которую они тянут – это напряжение. Чем больше сила взаимодействия между ними, тем больше напряжение. Поэтому нет смысла говорить о напряженности только в одной точке – она всегда определяется между двумя точками.
Точно так же высота холмов дана над уровнем моря (то есть мера простирается между поверхностью морской воды и вершиной горы) или относительно другой точки, например города, расположенного у его подножия. В обоих случаях это одинаковые высокие части, но измеренные по-разному.
То же самое с напряжением: измеренное относительно одной точки в схеме будет иметь одно значение, а относительно другой – другое значение. Поэтому электроника приняла существование так называемой массы, то есть точки, от которой измеряем все напряжения. Мы измеряем их с помощью вольтметра, подключенного параллельно цепи к источнику напряжения.
Напряжение может существовать и “само по себе”. Например покупаем батарейку 1,5 В и она имеет напряжение, близкое к номинальному напряжению между клеммами. Если оставим её лежать в шкафу, напряжение на контактах батареи будет оставаться таким-же через несколько дней, месяцев или даже лет. Со временем конечно напряжение будет уменьшаться в результате химических процессов, происходящих внутри ячейки.
Сила тока
Ток, его интенсивность указывается в амперах, пишется [A]. Это результат действия напряжения: как только две группы зарядов смогут взаимодействовать друг с другом через какой-то путь, сила тока будет описывать, как быстро они это делают. То есть сила электрического тока – это количество зарядов, протекающих по цепи в секунду. Тем не менее, никто не считает отдельные электроны, физики изобрели несколько методов для облегчения этого дела.
Ток определяется в одной точке цепи: в проводе, резисторе, аккумуляторе и так далее. Мы измеряем его с помощью амперметра, подключенного последовательно в цепи – на время измерения он имитирует кусок провода (но амперметр имеет ненулевое сопротивление, которое иногда следует принимать во внимание).
Сопротивление
Закон Ома связывает ток и напряжение в еще один элемент – сопротивление. Именно это сопротивление является путем, по которому группы зарядов могут перемещаться с одной стороны на другую. Чем оно больше, тем уже этот путь, поэтому поток медленнее (меньший ток). Единица сопротивления – Ом.
При вычислении напряжение обычно обозначают как U, ток как I, а сопротивление R. Если хотим выразить соотношение между этими переменными, то будем использовать закон Ома, а именно:
U = I * R
Например, на резисторе 100 Ом, через который протекает ток 0,1 А, будет падение напряжения:
0,1 А * 100 Ом = 10 В
Мощность
Электричество выражается в ваттах, единица измерения [Вт]. Чтобы объяснить суть, обратимся к физическому определению: это работа, выполненная за единицу времени. Таким образом, его можно рассматривать как скорость потока энергии, которая передается схеме источниками или извлекается из нее потребителями.
Ключевое слово «за единицу времени». Благодаря этому некоторые элементы способны передавать мощность в десятки киловатт, но это происходит всего за несколько микросекунд. Энергия выделяемая в это время настолько мала, что корпус элемента даже не нагревается.
В расчетах переменная для мощности обычно упоминается как P, можем соотнести мощность в электрических цепях с напряжением и током через такую формулу:
P = U * I
Используя закон Ома, можем легко преобразовать формулу в зависимость от тока и сопротивления:
P = I2 * R
Так на резисторе 100 Ом, через который протекает 0,1 А, будет выделяться мощность (в виде тепла):
0,1A * 0,1A * 100 Ом = 1 Вт
Преобразовав формулы вы можете рассчитать любой ток, например протекающий через нить накала автомобильной лампы.
На бытовых счетчиках электроэнергии есть надпись «кВт-ч» , или киловатт-час, и теперь вы знаете, что для использования энергии 1 кВт / ч необходимо подключить потребитель мощностью 1000 Вт (1 кВт) в течение часа или, например, лампочку 100 Вт в течение 10 часов.
Точно так же на аккумуляторных батареях или батареях имеется надпись, например 55 Ач, то есть теоретически емкость заряженной батареи позволяет потреблять, например, ток 1 А в течение 55 часов. А надпись на батарейке 3 Втч означает, что теоретически, 3 Вт можно получить в течение часа.
Вообще ампер-час как единица измерения давно используется для семейств АКБ с фиксированным напряжением, например, бортовых аккумуляторов в легковых автомобилях.
На заметку: свинцово-кислотная батарея предпочитает периодические нагрузки постоянному сильному разряду. Периоды отдыха позволяют батарее изменить химическую реакцию и предотвратить истощение. Вот почему свинцовая кислота хорошо работает в пусковом устройстве с короткими нагрузками в сотни ампер и достаточным временем для перезарядки между ними.
Закон Пейкерта
Для кислотных батарей действует так называемый Закон Пейкерта, который определяет зависимость доступной емкости от тока, потребляемого от ячейки. Проще говоря, чем больше тока потребляем, тем меньше эффективная мощность.
Закон Пейкерта учитывает внутреннее сопротивление и скорость восстановления батареи. Значение, близкое к единице, указывает на хорошо работающую батарею с хорошей эффективностью и минимальными потерями; большее число отражает менее эффективную батарею. Закон Пейкерта экспоненциальный – показания для свинцовой кислотной находятся в диапазоне от 1,3 до 1,5 и увеличиваются с возрастом. Температура также влияет на показания. Рисунок иллюстрирует доступную мощность в зависимости от ампер, рассчитанных с различными значениями рейтинга Пейкерта.
Например, свинцово-кислотная батарея емкостью 120 Ач, разряжаемая при 15 А, должна работать 8 часов (120 Ач делится на 15 А). Неэффективность, вызванная эффектом Пейкерта, сокращает время разряда. Чтобы рассчитать фактическую продолжительность разряда, разделите время на показатель Пейкерта, который в этом примере равен 1,3. Как видите деление времени разряда на 1,3 сокращает продолжительность с 8 до 6,15 часов.
И в продолжение темы ещё одна интересная статья по вопросу правильного выбора напряжения заряда автомобильных АКБ и возможности использовать для этого подручные БП.
Разница между ампер-часами и ватт-часами аккумуляторной батареи
Неважно, как используется литий-ионная батарея – для питания транспортного средства или резервного питания – важно уметь заранее рассчитать, сколько энергии потребуется. Для этого нужно понимать значение ватт-часов (Вт⋅ч, Wh) и ампер-часов (А·ч, Ah), а также различие между ними.
Ватт-часы = мощность за время
Мощность измеряется в ваттах (1 Вт эквивалентен 1 Дж в секунду). Вт⋅ч – единица измерения количества произведенной либо потребленной энергии за 1 ч. По ней судят об энергопотреблении электроприборов за определенное время. Например, чтобы узнать суточное энергопотребление лампы мощностью 50 Вт, нужно 50 умножить на 24 ч, что даст 1200 Вт-ч.
Ампер-часы = ток за время
Если Вт⋅ч служат для изменения энергии, то А·ч используются для измерения заряда. Для расчета А·ч сначала узнают количество ампер или ток – поток заряженных частиц, электронов или ионов, движущихся через электрический проводник или пространство. А·ч показывают, сколько ампер протекает за 1 ч. Аккумуляторная батарея емкостью 150 Ah способна отдать 150 А за 1 ч. Она же может выдать 300 А за 2 ч. Иными словами, по А·ч видно, сколько тока выдает аккумулятор за определенное время. Чтобы выяснить скорость полной зарядки и разрядки, посмотрите на рейтинг C. Зарядка со скоростью C 1C означает, что аккумулятор заряжается от 0 до 100% за час. Скорость 0,5C или C2 означает двухчасовую разрядку, а C5 — пятичасовую разрядку. Если батарея имеет номинал 1С, то при емкости 20 А·ч она должна обеспечивать ток 20 А в течение 1 ч.
Преобразование Вт⋅ч в А·ч и наоборот
Вт⋅ч и А·ч — это разные единицы измерения, но они взаимосвязаны. Одна из них может использоваться для определения другой. Вт⋅ч = А·ч x В А·ч = Вт⋅ч / В
Возьмем 12-вольтную батарею на 200 Ah. Умножим 200 А·ч на 12 В, что даст 2400 Вт-ч. Те же 2400 Вт-ч выдаст батарея напряжением 24 В и емкостью 100 А-ч. На основе Вт⋅ч можно рассчитать А·ч. Если аккумулятор 1200 Вт·ч, то разделите 1200 Вт-ч на его напряжение (скажем, 12 В), что даст 100 А-ч.
Зачем рассчитывать Вт⋅ч и А·ч
Они помогут понять, сколько энергии или тока отдаст аккумулятор за конкретное время. Если неизвестно, сколько А·ч или Вт⋅ч вам потребуется, вы не сможете узнать, способен ли литий-ионный аккумулятор удовлетворить энергетические потребности. К примеру, если создаете накопитель солнечной энергии для дома, то сначала оцените, сколько энергии потребуется, сложив все ватты, которые домашние устройства потребляют за день. Затем воспользуйтесь упомянутыми выше уравнениями, чтобы определить характеристики для вашей системы. Это поможет подобрать литий-ионный аккумулятор, соответствующий вашим нуждам.