Понимание емкости батарей: ампер-часовые рейтинги и тестирование состояния

Батареи генерируют ток обменом электронов в ионных реакциях. Поскольку число реагирующих молекул конечно, батарея может выдать только ограниченное количество заряда до истощения энергетических запасов. Хотя теоретически можно измерить емкость подсчетом электронов, получающиеся числа громоздки. Практическая единица, которая возникла — ампер-час, напрямую связанная с более знакомым кулоном (1 А·ч = 3600 Кл). Ампер — это поток одного кулона в секунду, поэтому за час (3600 с) это равно 3600 кулонов. Использование ампер-часов упрощает сравнение энергии, которую батарея может дать нагрузке.

Применение ампер-часов для измерения емкости батареи

Ампер-часовой рейтинг говорит, как долго батарея может поддерживать определенный ток до полного разряда. Например, 70 А·ч автомобильная батарея, рейтингованная при 3,5 А, может подавать этот ток 20 часов (70 А·ч ÷ 3,5 А). Связь линейна в идеальной батарее, но реальные элементы показывают вариации. Высокие токи повышают внутреннюю температуру, меняя химическую кинетику и сокращая реальное время работы. И наоборот, очень низкие токи теряют емкость на саморазряд, испарение и утечки. Производители часто предоставляют кривые убывания емкости, показывающие, как емкость падает при более высоких токах или температурах.

Вторичные элементы используют ампер-часовую цифру для оценки времени зарядки. Та же 70 А·ч батарея потребовала бы примерно 10 часов для перезарядки из мертвого состояния при стабильном зарядном токе 7 А (70 А·ч ÷ 7 А).

Типичные ампер-часовые емкости для распространенных батарей:

• Автомобильная свинцово-кислотная: 70 А·ч при 3,5 А (вторичная)
• D-элемент цинк-углеродный: 4,5 А·ч при 100 мА (первичная)
• 9 В цинк-углеродный: 400 мА·ч при 8 мА (первичная)

Проверка состояния батареи — с нагрузкой и без

По мере разряда внутреннее сопротивление батареи растет, а напряжение холостого хода падает. Наиболее надежный индикатор здоровья — измерение напряжения, пока батарея поставляет существенную нагрузку. Простая проверка вольтметром может замаскировать повышенное сопротивление и дать ложное впечатление здорового элемента.

Типичные измерения:

• Полностью заряженная: 13,2 В (иллюстрировано на сопровождающем изображении)
• Частично разряженная: 12,5 В (все еще пригодна, но ниже полной)
• Почти мертвая: 7,5 В (немедленно указывает на неисправную батарею)

Для выполнения нагрузочного теста подключите резистор, рассчитанный на ожидаемую рассеиваемую мощность (несколько сотен ватт для автомобильной батареи) и измерьте падение напряжения. Значительное падение подтверждает высокое внутреннее сопротивление и вероятную сниженную емкость.

• Ампер-час — единица энергетической емкости, равная произведению непрерывного тока и времени разряда до истощения химической энергии батареи.
• Рейтинги приблизительны и должны доверяться только при токе или времени, указанных производителем; экстраполяция на очень высокие токи или длительные времена ненадежна.
• Разряженные батареи теряют напряжение и увеличивают сопротивление. Самая точная оценка мертвой батареи — тест напряжения под нагрузкой.

• Рабочий лист: Батареи
• Рабочий лист: Базовое использование вольтметра