Рейтинги батареи

Поскольку батареи создают ток в цепи, обменивая электроны в ионно-химических реакциях, а в любой заряженной батарее, доступной для реакции, существует ограниченное количество молекул, должен быть ограниченный общий заряд, который любая батарея может стимулировать через цепь перед его энергетические запасы исчерпаны. Емкость батареи можно измерить по общему количеству электронов, но это будет огромное количество. Мы могли бы использовать единицу кулон (равно 6,25 x 10 ₁₈ электронов, или 6 250 000 000 000 000 000 электронов), чтобы сделать их более практичными для работы, но вместо этого используется новая единица измерения, ампер-час , было сделано для этого. Поскольку 1 ампер на самом деле представляет собой скорость потока 1 кулон электронов в секунду, а в часе 3600 секунд, мы можем установить прямую пропорцию между кулонами и ампер-часами:1 ампер-час =3600 кулонов. Зачем создавать новую единицу, если старая подойдет? Конечно, чтобы усложнить вам жизнь студентов и техников!

Приложение для измерения емкости аккумулятора в ампер-часах

Батарея емкостью 1 ампер-час должна обеспечивать непрерывную подачу тока 1 ампер на нагрузку ровно 1 час, или 2 ампера в течение 1/2 часа, или 1/3 ампер в течение 3 часов и т. Д., Прежде чем становится полностью разряженным. В идеальном аккумуляторе соотношение между непрерывным током и временем разряда является стабильным и абсолютным, но настоящие аккумуляторы не ведут себя точно так, как указывает эта простая линейная формула. Поэтому, когда для батареи указывается емкость в ампер-часах, она указывается либо при заданном токе, в заданное время, либо считается рассчитанной на период времени 8 часов (если не указан ограничивающий фактор).

Например, средняя автомобильная батарея может иметь емкость около 70 ампер-часов при силе тока 3,5 ампера. Это означает, что время, в течение которого эта батарея может непрерывно подавать ток 3,5 ампер на нагрузку, составит 20 часов (70 ампер-часов / 3,5 ампер). Но предположим, что к этой батарее была подключена нагрузка с более низким сопротивлением, непрерывно потребляющая 70 ампер. Наше уравнение в ампер-часах говорит нам, что батарея должна продержаться ровно 1 час (70 ампер-часов / 70 ампер), но в реальной жизни это может быть не так. При более высоких токах батарея будет рассеивать больше тепла через свое внутреннее сопротивление, что влияет на изменение химических реакций, происходящих внутри. Скорее всего, аккумулятор полностью разрядится за до расчетное время 1 часа под этой большей нагрузкой.

И наоборот, если к батарее будет подключена очень легкая нагрузка (1 мА), наше уравнение скажет нам, что батарея должна обеспечивать питание в течение 70000 часов или чуть менее 8 лет (70 ампер-часов / 1 миллиампер), но Скорее всего, большая часть химической энергии в реальной батарее была бы истощена из-за других факторов (испарение электролита, износ электродов, ток утечки внутри батареи) задолго до того, как истекут 8 лет. Следовательно, мы должны принять соотношение ампер-часов как идеальное приближение к сроку службы батареи, а рейтинг ампер-часов, которому доверяют, только близок к указанному току или временному интервалу, указанному производителем. Некоторые производители предоставляют коэффициенты снижения номинальных характеристик в ампер-часах, определяющие снижение общей емкости при различных уровнях тока и / или температуры.

Для вторичных ячеек номинальная мощность в ампер-часах определяет необходимое время зарядки при любом заданном уровне зарядного тока. Например, автомобильному аккумулятору на 70 ампер-час в предыдущем примере требуется 10 часов для зарядки из полностью разряженного состояния при постоянном зарядном токе 7 ампер (70 ампер-часов / 7 ампер).

Приблизительная емкость некоторых распространенных аккумуляторов приведена здесь:

• Типичный автомобильный аккумулятор:70 ампер-часов при 3,5 А (вторичный элемент)
• Угольно-цинковая батарея типоразмера D:4,5 ампер-часов при 100 мА (первичный элемент)
• Угольно-цинковая батарея на 9 В:400 миллиампер-часов при 8 мА (первичный элемент)

Как проверить состояние аккумулятора - с нагрузкой и без нее?

По мере того, как батарея разряжается, она не только уменьшает свой внутренний запас энергии, но и ее внутреннее сопротивление также увеличивается (поскольку электролит становится все менее и менее проводящим), а напряжение в ячейке разомкнутой цепи уменьшается (поскольку химические вещества становятся все более и более разбавленными. ). Самое обманчивое изменение, которое демонстрирует разряжающийся аккумулятор, - это повышенное сопротивление. Лучшая проверка состояния батареи - измерение напряжения под нагрузкой . , в то время как батарея обеспечивает значительный ток через цепь. В противном случае простая проверка вольтметром на клеммах может ошибочно указать на исправную батарею (соответствующее напряжение), даже если внутреннее сопротивление значительно увеличилось. Что представляет собой «значительный ток», определяется конструктивными параметрами батареи. Проверка вольтметром, чтобы выявить слишком низкое напряжение, конечно же, положительно укажет на разряженную батарею:

Полностью заряженный аккумулятор:

Вот если аккум немного разряжается. . .

. . . и разряжается еще немного. . .

. . . и еще немного, пока он не умрет.

Обратите внимание, насколько лучше выявляется истинное состояние батареи, когда ее напряжение проверяется под нагрузкой, а не без нагрузки. Значит ли это, что батарею просто вольтметром проверять бессмысленно (без нагрузки)? Ну нет. Если простая проверка вольтметром показывает только 7,5 вольт для 13,2-вольтовой батареи, то вы без сомнения знаете, что она разряжена. Однако, если вольтметр покажет 12,5 вольт, он может быть почти полностью заряжен или несколько разряжен - вы не сможете этого сказать без проверки нагрузки. Помните также, что сопротивление, используемое для помещения батареи под нагрузку, должно быть рассчитано на величину предполагаемой рассеиваемой мощности. Для проверки больших аккумуляторов, таких как автомобильные (номинальное напряжение 12 В) свинцово-кислотные аккумуляторы, это может означать резистор с номинальной мощностью в несколько сотен ватт.

ОБЗОР:

• ампер-час - единица энергетической емкости батареи, равная количеству непрерывного тока, умноженному на время разряда, которое батарея может подавать до того, как исчерпает свой внутренний запас химической энергии.

• Емкость аккумулятора в ампер-часах является приблизительной, и ему следует доверять только при текущем уровне или времени, указанном производителем. Такой рейтинг нельзя экстраполировать на очень высокие токи или очень большие времена с какой-либо точностью.
• Разряженные батареи теряют напряжение и повышается сопротивление. Лучшая проверка разряженной батареи - проверка напряжением под нагрузкой.

СВЯЗАННЫЕ РАБОЧИЕ ТАБЛИЦЫ:

• Таблица аккумуляторов
• Базовая таблица использования вольтметра