Co je kapacita baterie? Způsob výpočtu – 220 voltů.

Kapacita baterie je jednou z jejích nejdůležitějších technických vlastností. Tímto pojmem se rozumí doba, po kterou je zdroj autonomní energie schopen napájet k němu připojené elektrické spotřebiče. Jinými slovy, toto je maximální množství elektřiny akumulované baterií během úplného nabíjecího cyklu. Jednotkou měření kapacity je Ah (ampérhodina), u malých baterií je to mAh (miliampérhodina).

Příklad výpočtu požadované kapacity

Jak víte, výpočet spotřeby energie se provádí ve W a kapacita baterie pro UPS je v Ah. Pro výpočet požadované kapacity baterie pro napájení konkrétního zařízení je nutné provést určitý přepočet. Pro lepší pochopení se podívejme na konkrétní příklad. Řekněme, že existuje kritická zátěž 500 W, která vyžaduje zálohu po dobu 3 hodin. Protože množství akumulované energie závisí nejen na kapacitě baterie, ale také na jejím napětí, vydělíme pro její výpočet celkový výkon redundantního zařízení jejich provozním napětím (často zaměňováno s napětím naprázdno plně nabité baterie) . Pro standardní 12V baterii bude požadovaná kapacita baterie:

Q= (Pt)/Vk

kde Q – požadovaná kapacita baterie, Ah;

P – použitelné zatížení, W;

V – napětí každé baterie, V;

t – čas rezervace, h;

k – koeficient využití kapacity baterie (množství elektrické energie povolené pro použití spotřebiteli).

Nutnost zavést koeficient k kvůli možnosti neúplného nabití baterie. Kromě toho silné (hluboké) vybití po malém počtu nabíjecích a vybíjecích cyklů vede k předčasnému opotřebení a selhání baterie. Pokud je například nová baterie vybitá na 30 % své celkové kapacity a poté ihned nabita, vydrží asi 1000 takových cyklů. Pokud se hodnota vybití sníží na 70 %, počet těchto cyklů se sníží přibližně o 200.

Celkově zjistíme, že k napájení této zátěže po zadanou dobu bude nutné:

Q= 500/ 3 = 12 Ah.

Toto je minimální požadovaná kapacita baterie pro uvažovaný případ. V ideálním případě je lepší brát zdroj energie s malou rezervou (asi 20 %), aby se pokaždé úplně nevybil – to pomůže zachovat výkon baterie co nejdéle.

Q= 178,6 · 1,2 = 214,3 Ah.

To znamená, že pro vyřešení tohoto problému je nutné zakoupit baterie s celkovou kapacitou minimálně 215 Ah. Při použití UPS ve spojení s generátorem se doporučuje snížit kapacitní korekční faktor na 0,4, protože v takové kombinaci se nejčastěji používají baterie k udržení nepřetržitého napájení až do zapnutí elektrárny a přepnutí celé zátěže na to. Pokud navíc hodnota koeficientu 0,4 zahrnuje ztrátu kapacity baterie při jejím stárnutí, vlivem zvláštností pulzního měniče a dalších, pak může vybití baterie v průměru dosáhnout 50 % její nominální kapacity.

V případě, že je k zálohování zátěže použito více baterií, je množství v nich akumulované energie absolutně nezávislé na typu jejich zapojení – paralelní, sériové nebo smíšené. S ohledem na tuto vlastnost je nutné do vzorce pro stanovení celkové kapacity baterií dosadit napětí jedné baterie, ale v tomto případě je povoleno používat pouze baterie se stejnými technickými vlastnostmi.

Indikátory baterií, se kterými je nerozlučně spjat pojem kapacita

1. Závislost kapacity baterie na jejím vybíjecím proudu.

Tato závislost je založena na následující skutečnosti: když je chráněná zátěž připojena k baterii bez použití měniče, množství proudu spotřebovaného baterií zůstává nezměněno. V tomto případě bude provozní doba připojených elektrických spotřebičů určena jako poměr zvolené kapacity ke spotřeběnému proudu. Ve známější formě je tento vzorec napsán takto:

Q = I T

kde Q – kapacita baterie, Ah (mAh);

I – konstantní vybíjecí proud baterie, A;

T – doba vybití baterie, h.

Pokud máme co do činění s velkým množstvím spotřeby proudu, pak jsou skutečné indikátory výkonu často nižší než nominální hodnoty uvedené v pasu.

2. Závislost kapacity baterie na energii

Dnes je mezi uživateli zcela běžné, že kapacita baterie je hodnota, která plně charakterizuje její elektrickou energii, akumulovanou baterií při jejím 100% nabití. Toto tvrzení není zcela správné. Zde je také nutné učinit výhradu, že schopnost baterie ukládat energii přímo závisí na jejím napětí a čím je vyšší, tím více energie může baterie akumulovat. Ve skutečnosti je elektrická energie definována jako součin nabíjecího proudu, napětí baterie a doby průtoku tohoto proudu:

W=I·U·T

kde W – energie akumulovaná baterií, J;

U – napětí baterie, V;

I – konstantní vybíjecí proud baterie, A;

T – doba vybití baterie, h.

Na základě skutečnosti, že součin proudu a doby nabíjení nám udává kapacitu baterie (jak bylo uvedeno výše), ukazuje se, že elektrická energie baterie se zjistí vynásobením jmenovitého napětí baterie a její kapacity:

W=QU

kde W – energie akumulovaná baterií, Wh;

Q – kapacita baterie, Ah;

U – napětí baterie, V.

Při zapojení několika baterií stejné kapacity do série se celkový ukazatel tohoto svazku rovná součtu kapacit všech baterií zahrnutých v jeho složení. V tomto případě bude energie výsledné sady baterií určena jako součin elektřiny jedné baterie a jejich počtu.

3. Koncept energetické kapacity baterie

Neméně užitečným ukazatelem pro spotřebitele dobíjecích baterií je jejich energetická kapacita, měřená v jednotkách jako W/článek. Tento koncept charakterizuje schopnost baterie po určitou krátkou dobu, která nejčastěji není delší než 15 minut, v režimu konstantního napájení. Tento ukazatel je nejrozšířenější ve Spojených státech, ale v poslední době si získává oblibu mezi spotřebiteli v mnoha dalších zemích. Pro přibližný výpočet kapacity baterie měřené v Ah na základě její energetické kapacity ve W/článek po dobu 15 minut použijte vzorec:

Q = W/4

kde Q – kapacita baterie, Ah;

W – energetická kapacita baterie, W/článek.

4. Koncept rezervní kapacity baterie

U autobaterií se rozlišuje další charakteristika – rezervní kapacita, která udává schopnost baterie napájet elektrické zařízení jedoucího automobilu, když standardní generátor vozidla nefunguje. Tento parametr je také známější v USA a nazývá se „rezervní kapacita“. Měří se v minutách vybití baterie s aktuální hodnotou 25 A. Chcete-li přiblížit jmenovitou kapacitu baterie na základě indikátoru její rezervní kapacity, udávané v minutách, musíte použít vzorec:

Q = T/2

kde Q – kapacita baterie, Ah;

T – rezervní kapacita baterie, min.

Kapacita baterie a nabíjení (nabíjení)

Další poměrně populární mylnou představou je identifikace pojmů kapacita baterie a její nabití (nabíjení). Pojďme tečkovat já. Kapacita se týká maximálního potenciálu baterie, tedy množství energie, kterou může akumulovat v plně nabitém stavu. Náboj zase představuje energii potřebnou k napájení zátěže v autonomním režimu. Závěr je tedy takový, že množství nabití stejné baterie se může lišit v závislosti na době nabíjení baterie a velikost její kapacity ve vybitém a nabitém stavu je stejná. Zde můžeme nakreslit přirovnání se sklenicí, do které se nalévá voda. Objem zařízení bude představovat kapacitu – to je hodnota, která nezávisí na tom, zda je sklenice plná nebo prázdná a nalévaná voda je náboj.

Na jakých dalších faktorech závisí kapacita baterie?

Vybíjecí proud

Indikátory kapacity baterie, které lze nalézt v jejich technické dokumentaci a na těle výrobku, uvádí výrobce na základě výsledků zkušebních měření provedených pomocí výše uvedeného vzorce (Q = I T) se standardní dobou vybíjení (10, 20, 100 hodin atd.). Podle toho je určena kapacita – Q10, Q20 и Q100stejně jako vybíjecí proud – I10, I20 и I100. V tomto případě bude množství proudu protékající zátěží s dobou vybíjení 20 hodin určeno vzorcem:

I20= Q20/20

Podle této logiky můžeme předpokládat, že při výboji trvajícím čtvrt hodiny (15 minut) bude proud roven Q20 x 4. Není tomu však tak, jak ukazuje praxe, v případě 15minutového vybíjení nebude kapacita běžné olověné baterie větší než polovina její jmenovité kapacity. Podle toho hodnota parametru I0,25 bude o něco méně Q20 x 2. Z toho můžeme usoudit, že charakteristiky jako čas a vybíjecí proud nejsou vzájemně úměrné.

Konečné vybíjecí napětí

Při každém vybití baterie na ní napětí postupně klesá a při dosažení tzv. konečného vybíjecího napětí je bezpodmínečně nutné baterii odpojit. Navíc, čím nižší je tato charakteristika, tím vyšší bude skutečná kapacita baterie. Výrobci zpravidla uvádějí na svých bateriích minimální hodnotu konečného vybíjecího napětí, které zase závisí na proudu použitém k vybití baterie. Jsou situace, kdy napětí zdroje energie klesne pod tuto hodnotu (zapomněli včas vypnout baterii nebo to nešlo udělat, protože nebylo možné zátěž na delší dobu odpojit). Poté dochází k jevu zvanému hluboké vybití baterie. Pokud je baterie často hluboce vybitá, může rychle selhat.

Baterie Iznos

Jak je obecně uznáváno, nová baterie má jmenovitou kapacitu (tu, kterou uvádí výrobce). Skutečná hodnota tohoto ukazatele se však může mírně lišit – být nižší než deklarovaná z důvodu dlouhodobého skladování ve skladu, nebo po několika cyklech plného nabití a vybití a krátkodobém provozu ve vyrovnávací paměti se může mírně zvýšit. Další používání baterie, stejně jako její skladování, vede vždy k fyzickému opotřebení zdroje energie, jeho stárnutí a postupnému selhání.

teplota

Tak důležitý faktor, jako je okolní teplota v místě, kde se baterie používá, výrazně ovlivňuje kapacitu baterie. Pokud teplota stoupne z 20 °C na 40 °C, kapacita baterie se zvýší o 5 % a při poklesu na 0 °C se sníží v průměru o 15 %. Další pokles teploty vzduchu vede k poklesu tohoto parametru o dalších 25 % oproti nominální hodnotě.

Jak zkontrolovat kapacitu baterie?

Velmi často stojí majitel použité baterie před úkolem zjistit její zbytkovou kapacitu. Za klasický a, je nám k dobru, nejspolehlivější a nejefektivnější způsob kontroly skutečné kapacity baterie, je považováno zkušební vybití. Tento termín se vztahuje k následujícímu postupu. Baterie se nejprve plně nabije, poté se vybije stejnosměrným proudem a změří se doba, za kterou se zcela vybije. Poté se kapacita baterie vypočítá pomocí již známého vzorce:

Q=I·T

Pro větší přesnost výpočtu je lepší zvolit hodnotu konstantního vybíjecího proudu tak, aby doba vybíjení byla cca 10 nebo 20 hodin (záleží na době vybíjení, při které byla výrobcem vypočtena jmenovitá kapacita baterie) . Poté se získaná data porovnají s údaji z pasu, a pokud je zbytková kapacita o 70–80 % nižší než jmenovitá kapacita, je nutné baterii vyměnit, protože je to jasná známka silného opotřebení baterie a její další opotřebení bude probíhat zrychleným tempem.

Hlavními nevýhodami této metody jsou složitost a pracnost implementace, stejně jako nutnost vyřadit baterie z provozu na poměrně dlouhou dobu. Většina přístrojů, které ke svému provozu využívají dobíjecí baterie, má dnes funkci autodiagnostiky – rychlou (během pár sekund) kontrolu stavu a výkonu zdrojů energie, ale přesnost takových měření není vždy vysoká.