2 Схемы
Принципиальные электросхемы, подключение устройств и распиновка разъёмов
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.
Источник
Тест дешёвых свинцовых аккумуляторов 12V 7Ah
В продаже есть много аккумуляторов, стоящих вдвое дешевле, чем аккумуляторы топ-брендов. Я протестировал три дешёвых аккумулятора и попытался понять, можно ли их использовать.
Свинцовые аккумуляторы 12V 7Ah чаще всего используются в UPS (ИБП) и блоках бесперебойного питания (ББП) для систем сигнализации, контроля доступа и видеонаблюдения.
Я купил в Озоне три аккумулятора: Alpha Battery FB7.2-12, I-Battery ABP7-12L, Optimus OP 1207. Стоили они приблизительно одинаково — около 680 рублей каждый, при этом цена на фирменные аккумуляторы такого же размера и ёмкости начинается от 1500 рублей.
На самих аккумуляторах написаны одинаковые параметры, за исключением максимального тока заряда:
Alpha Battery FB7.2-12 — 2.16 A;
I-Battery ABP7-12L — 1.2 A;
Optimus OP 1207 — 2.1 A.
У Alpha и Optimus клеммы узкие F1, 4.75 мм. У I-Battery широкие F2, 6.35 мм и даже есть защитные колпачки.
Согласно спецификации, аккумулятор Alpha Battery FB7.2-12 должен иметь ёмкость 7.2 Ач при 20-часовом разряде до 10.5 В (1.75 В/эл.), обеспечивать долговременный ток разряда до 21.6A и кратковременный до 135 А в течение 5 с. Производитель указывает, что аккумулятор предназначен как для обеспечения резервным питанием системы охраны и безопасности, так и для работы в ИБП.
В спецификации аккумулятора I-Battery ABP7-12L указано, что он должен иметь ёмкость 7 Ач при 20-часовом разряде до 10.5 В, обеспечивать долговременный ток разряда до 21 A. Он также предназначен и для системы охраны и безопасности, и для ИБП.
В спецификации на аккумулятор Optimus OP 1207 указано только то, что он предназначен для систем безопасности и контроля доступа, систем аварийного освещения, электронных кассовых аппаратов и другого оборудования и не предназначен для работы в ИБП. Про рабочие и предельные токи ни слова, указана только ёмкость 7 Ач при 20-часовом разряде.
У меня были два новых аккумулятора Alpha Battery FB7.2-12, купленных с интервалом в пару месяцев. На втором есть белая наклейка «Dahua Storage Battery». Оказалось, что эти аккумуляторы очень сильно отличаются друг от друга, поэтому в тесте присутствуют оба.
Я заряжал аккумуляторы током 1.2 А до 14.8 В (сначала идёт зарядка полным током, а напряжение повышается, потом напряжение доходит до 14.8 В, а ток начинает снижаться).
Тестирование проводилось с помощью модифицированного прибора EBD-USB+, подключённого к компьютеру.
Тесты большой нагрузки проводились с помощью инвертора 500 Вт и лампы накаливания 300 Вт, а также с помощью UPS Ippon 600 VA и лампы накаливания 200 Вт.
Внутреннее сопротивление измерялось у полностью заряженных аккумуляторов с помощью прибора YR1035+.
Всего было проведено пять тестов:
- разряд током 0.35 А до 10.5 В — базовый тест, показывающий реальную ёмкость аккумуляторов;
- повторный разряд током 0.35 А до 10.5 В — оказалось, что во втором цикле аккумуляторы дают чуть большую ёмкость;
- разряд током 2.8-3 A до 10.2 В — тест, показывающий, на сколько хватит аккумулятора в трёхамперном ББП (ток менялся из-за того, что EBD-USB имеет предел мощности 35 Вт);
- разряд инвертором с лампой 230 В 300 Вт (
30 A) до отключения инвертора (9.8 В);
разряд источником бесперебойного питания с лампой 230 В 200 Вт (
20A) до отключения UPS.
Я получил следующие результаты:
Как видно из таблицы, измеренная ёмкость аккумуляторов при «20-часовом разряде» оказалась существенно меньше заявленной: 4.5-5.9 Ач, а вовсе не семь. При разряде током 3A отданная ёмкость сократилась до 3.4-3.8 Ач. При разряде на лампу 200 Вт через инвертор аккумуляторы смогли дать лишь 1-1.3 Ач. 200-ваттная лампа от UPS работала всего полторы-две минуты. Два, одинаковых с виду, аккумулятора Alpha Battery с разными датами производства (они зашифрованы в кодах, но как их расшифровывать неизвестно) оказались совершенно разными.
Для примера приведу таблицу разрядных токов брендового аккумулятора WBR GPL 1272.
В разрядных таблицах указывается всё наоборот — в ячейках токи, «подогнанные» под определённое время работы. Из таблицы видно, что такой аккумулятор даёт 7.5 Ач при разряде током 0.377 А до 10.5 В, приблизительно 4.5 Ач при разряде током 3А до 10.2 В и приблизительно 2.7 Ач при разряде током 32.6 А до 9.6 В. Надеюсь, все эти параметры правдивые и тот же UPS с нагрузкой 200 Вт проработает от фирменного аккумулятора вдвое дольше.
Обратите внимание на вес протестированных аккумуляторов — он составляет около 1.7 кг. Брендовые аккумуляторы с такой же заявленной ёмкостью весят 2.4 кг.
Получается, что в дешёвые аккумуляторы «недоложили» 30% свинца.
Ещё один аспект — срок службы. У брендовых аккумуляторов указан срок службы 5-12 лет, у дешёвых 3-5 лет. Сколько реально проработают аккумуляторы сказать сложно — это зависит и от условий эксплуатации и от того, сильно ли наврал производитель.
Означает ли моё исследование, что дешёвые свинцовые аккумуляторы покупать нельзя? Вовсе нет! Их вполне можно покупать и использовать, но нужно понимать, что «7Ah» дешёвого аккумулятора не то же самое, что «7 Ah» брендового. Эти аккумуляторы вполне можно использовать в ББП, и даже в ИБП можно, при условии, что электричество отключают очень редко. Да, такой аккумулятор наверняка выйдет из строя раньше фирменного, но он и стоит вдвое, а то и втрое дешевле.
Из трёх протестированных аккумуляторов лучшим оказался I-Battery ABP7-12L. Я уже купил второй такой же и его параметры оказались близки к первому.
Источник
