При помощи доступной информации выявляют проблемы, связанные с работой комплектующей.

На аккумуляторе указано значение показателя, но оно только помогает рассчитать реальное значение (ток разряда). Каждому присваивается рейтинг. Для подсчета применяют стандартную формулу, носящую название «Пекрета»:

Ср=R(C/R)n,

где C —емкость, указанная на батарейке;

R — присвоенный рейтинг, выраженный в часах;

n – экспонента.

По этому принципу калькулятор производит расчет емкости АКБ. Наименьшее потребление тока обеспечивает наибольшее время работы батарейки. Но вечную работу не сможет обеспечить ни один аккумулятор.

Получить информацию о емкости батареи при помощи рассмотренных вариантов можно на различных устройствах. Методы помогают рассчитать емкость аккумулятора планшета, телефона, ноутбука, автомобиля, электровелосипеда, ИБП и прочих аппаратов.

Пример расчета емкости батареи представлен на видео.

Емкость аккумулятора может рассчитываться в любое время эксплуатации. Использование одного из методов должно зависеть от разновидности аппарата и источника его питания. На выбор оказывает влияние и необходимое напряжение, время зарядки и разряда. Подробное изучение методологии позволит определять значения быстро и точно, не допуская ошибок и отклонений.

Расчет емкости аккумуляторных батарей | Статья в журнале «Молодой ученый»

Шепелев, А. О. Расчет емкости аккумуляторных батарей / А. О. Шепелев, Е. Ю. Артамонова. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2016. — № 17 (121). — С. 99-101. — URL: https://moluch.ru/archive/121/33517/ (дата обращения: 16.06.2021).

В данной статье приведен расчет емкости аккумуляторных батарей.

Ключевые слова: аккумуляторные батареи, емкость, ветроэнергетика

Применение ветроустановок (ВЭУ) для электроснабжения становиться достаточно популярным и перспективным направлением электроэнергетики. Однако, основной фактор, который сдерживает развитие электроснабжения с применением альтернативных источников является их низкая мощность генерации [1].

Достижение нормального режима работы систем автономного питания с применением альтернативных источников энергии возможно только тогда, когда вся произведенная электроэнергия расходуется потребителем. При несовпадении графиков производства и потребления мгновенное использование таких источников не всегда возможно. В связи с этим возникает необходимость в аккумулировании энергии. В настоящее время существует огромное множество аккумуляторных устройств. Всё это большое разнообразие упрощенно можно разделить на механические, гидравлические, и химические. Последние на сегодняшний день особенно распространены в силу своей относительной дешевизны, компактности и простоты в эксплуатации [2].

Механическую энергию запасают в виде потенциальной или кинетической энергии. Обычно, механические аккумуляторы являются устройствами, использующими потенциальную энергию, которая была запасена в пружине (энергия сжатой пружины), груз, поднятый на определенную высоту, или кинетическая энергия вращающегося диска (маховика). Основными недостатками большинства механических аккумуляторов, используемых для большого запаса энергии, являются их громоздкость, значительная материалоемкость, а в ряде случаев низкий КПД. В связи с этими недостатками, как правило, их используют в качестве буферных.Наибольшее распространение среди буферных получил так называемый инерционный аккумулятор, предложенный в 1918 г. известным изобретателем А. Г. Уфимцевым и впервые примененный на ВЭС Д-10, построенный в г. Курске.

По своей сути гидроаккумулирование — это механический способ запасания энергии. В таких устройствах обеспечение аккумулирования энергии, произведенной ветроустановкой, достигается за счет потенциальной энергии массы воды, поднятой на некоторую высоту. Ветроустановки с гидроаккумулированием обычно выполняются по следующим основным схемам:

1. Вода, поднятая из скважины ветродвигателем во время его работы, запасается в резервуаре или водонапорной башне, а затем расходуется по мере необходимости на питьевые и хозяйственные нужды. В ветрооросительных установках вода подается в естественные или искусственные водоемы, откуда по каналам самотеком поступает на орошаемые или обводняемые участки.
2. Ветроэлектрическая станция работает на нагрузку потребителя, а избыточная энергия расходуется для перекачки воды из нижнего водое­ма в специальный верхний водоем либо из нижнего бьефа плотины гидростанции в верхний. В периоды безветрия или при недостатке энергии, производимой ВЭС, энергия поднятой воды используется для получения электрической энергии на турбинах ГЭС. Так обеспечивается покры­тие части графика нагрузки. В последний период интерес к таким схемам возрос в связи со строительством в нашей стране ряда ГАЭС большой мощности.
3. Ветроэлектрическая станция все время работает на насосные агрега­ты, подающие воду из одного бассейна в другой, расположенный выше. На энергии поднятой воды работает ГЭС, обеспечивающая нагрузку потребителей.
4. В зимних условиях насосная ветроустановка работает на подледное нагнетание воды в водоем или же обеспечивает создание наледей, т. е. участков намороженного льда. Это дает возможность не только сократить расходы на сооружение бассейнов, но и использовать соленые воды, избегнув при этом засоления почвы, так как орошение можно вести во­дой, опресненной путем ее замораживания. Однако КПД наледей относи­тельно невысок, так как имеют место большие потери влаги вследствие испарения, фильтрации воды в почву и других причин.

Электрохимические аккумуляторы — особый класс химических аккумулирующих устройств, нашедших широкое применение в ветроэнергетике. В основном это свинцово-кислотные аккумуляторы (рис. 1), которые сравнительно недороги, имеющие приемлемую долговечность, однако их удельная энергия недостаточна — она не превышает 100 кДж/кг. Но уже сегодня известны аккумуляторы (например серебряно-кадмиевые), имеющие в 4–4.5 раза большую удельную энергоемкость. Для электрических ветроагрегатов относительно малой мощности (до 5 кВт) применение электрохимических аккумуляторов достаточно эффективно, так как они обладают высоким КПД (70–80 %) и, кроме того, обычно не требуют каких-либо дополнительных сложных устройств, за исключением реле напряжения и ограничения зарядного тока, а три работе агрегата на переменном токе — также соответствующих преобразователей и выпрямителей.

Электрический аккумулятор предназначен для хранения и отдаче электрической энергии. Когда электрические аккумуляторы соединены вместе и образуют группу, то это уже аккумуляторная батарея. В такую группу соединяют одинаковые электрические аккумуляторы одинаковой емкости.

Рис. 1. Свинцово-кислотный аккумулятор

Примером простейшего аккумулирования электроэнергии может служить обычная автомобильная аккумуляторная батарея (рис. 2).

Рис. 2. Автомобильная аккумуляторная батарея

Рассмотрим методику расчета, предложенную в работе [3]:

1. Определить потребляемую мощность объекта в периоды максимального энергопотребления.

Каждый час в течение времени Т потребляется энергия, равная мощности, потребляемой в единицу времени:

(1)

2. Учитывая напряжение постоянного тока регулятора U_РЕГ и потребляемую мощность P_ВЕЧ, можно найти ток потребления I_РЕГ, по формуле:

, A(2)

3. Далее нужно определить общую емкость блока аккумуляторов:

, .(3)

Однако это общая емкость блока аккумуляторов, которая должна быть отдана потребителю. Тем не менее, химический аккумулятор не рекомендуется разряжать более чем на 50 %. Поэтому величину необходимо удвоить, чтобы получить реальную емкость :

(4)

4. Определить емкость единичной аккумуляторной батареи Ci исходя из того, что общая может быть представлена как сумма емкостей параллельно включенных каскадов последовательно соединенных аккумуляторных батарей можно по формуле:

(5)

где m — количество каскадов; Сi подбирается исходя из емкостного ряда имеющихся на рынке аккумуляторов. Как правило, это ряд представлен емкостями 50, 55, 60, 65, 70, 75, 90, 120, 190, 200, 400 и т. д. Разработчик выбирает наиболее удобный вариант.

5. После проведения расчета необходимо сделать проверку на предмет того, сможет ли ветроэнергетическая установка за предыдущий период зарядить эти аккумуляторы до требуемого уровня.

С этой целью необходимо определить, какое количество энергии должно поступить от ВЭУ за период времени Т_i-1, предшествующий исследуемому периоду Т_i. Длительность предшествующего периода Т_i-1, и мощность P_мгнВЭУ, выдаваемую ветроэнергетической установкой на конкретной скорости ветра, можно найти в источнике [3].

Получим энергию Е_ВЭУ-Т, поступившую от ВЭУ за период Т_i-1:

(6)

Полученная величина подлежит сравнению с потребляемой энергией и должна превышать ее:

(7)

6. По условию (7), становится возможным сделать вывод о применимости аккумуляторных батарей для исследуемого объекта. При получении неудовлетворительного результата необходимо произвести соответствующие пересчеты. Например, увеличить мощность и/или количество ВЭУ, снизить энергопотребление и т. д.

Литература:

1. Бубенчиков, А. А. Анализ генераторов для систем автономного электроснабжения / А. А. Бубенчиков, Р. А. Дайчман, Е. Ю. Артамонова // Научный аспект. — 2015. — № 4. — С. 201–208.
2. Бубенчиков, А. А. Выбор аккумуляторных батарей для систем автономного питания / А. А. Бубенчиков, Р. А. Дайчман, Е. Ю. Артамонова // Научный аспект. — 2015. — № 4. — С. 208–215.
3. Кирпичникова, И. М. Ветроэнергетические установки. Расчет параметров компонентов: учебное пособие / И. М. Кирпичникова, Е. В. Соломин. — Челябинск: Издательский центр ЮУрГУ. — 2013. — 83 с.

Основные термины (генерируются автоматически): аккумулятор, ветроэлектрическая станция, ветроэнергетическая установка, кинетическая энергия, общая емкость блока аккумуляторов, поднятая вода, потребляемая мощность, устройство, электрическая энергия, энергия.

Расчет аккумуляторной батареи для домашней солнечной электростанции и выбор инвертора

Расчет аккумуляторной батареи для домашней солнечной электростанции и выбор инвертора

Солнечная электростанция (СЭС) — инженерное сооружение, преобразующее солнечную радиацию в электрическую энергию. Способы преобразования солнечной радиации различны и зависят от конструкции электростанции.

Мы получили значение суточного потребления – 7919,8 Вт*час и величину энергии необходимой для покрытия суточных нужд перечисленных нами приборов – 396 А*час.

Давайте сделаем классический расчет всей солнечной системы электроснабжения и в том числе солнечной батареи. Сразу хочу предупредить, в данном расчете я не преследовал цель добиться минимизации экономических показателей (этим мы займемся позже), а лишь ставил задачу показать порядок расчета.

Выбор инвертора

Исходя из перечня приборов, которые мы перечисляли, мы можем определиться с основными параметрами инвертора для нашей системы.

Во-первых, поскольку в списке приборов присутствуют устройства имеющие в своем составе двигатели: электронасос, холодильник, стиральная машина, пылесос, речь безусловно может и должна вестись об инверторе имеющем на выходе синусоидальную форму напряжения, а не квазисинусоиду.

Во-вторых, входное напряжение инвертора должно соответствовать выбранному нами напряжению – 24В.

Что касается мощности, её выбор зависит от того, как вы условитесь пользоваться вашими приборами. Если вы сочтете необходимым одновременную работу энергоемких устройств, таких, как стиральная машина, микроволновая печь, утюг и все это на “фоне” работающего холодильника, то вам придется сложить их номинальные мощности.

Вы получите пиковую мощность, которая и определит мощность инвертора (минимум 5 кВт), но сами понимаете, что если эти устройства одновременно не использовать, то мощность инвертора потребуется меньше, соответственно цена его будет ниже. Решать вам.

Учитывая оговоренный перечень приборов и разнеся их использование по времени, можно было бы ограничиться инвертором мощностью 3,0 кВт: производитель OutDack Power Technologies, модель со встроенным зарядным устройством: GVFX3024E, Grid-Interactive GVFX3024E Vented 3000 Вт, 24 В, 80 А .

Расчет аккумуляторной батареи

Теперь давайте поговорим об аккумуляторах. Необходимо лишь определиться как мы пользуемся домом. Если вы приезжаете по выходным дням, соответственно и основное потребление электроэнергии будет осуществляться по выходным. А вот накопление её, т.е. заряд аккумуляторов будет происходить всю неделю – с понедельника до вечера пятницы. Я, к примеру, приезжаю в свой дом по выходным.

Запас энергии предусмотрим на один день. Почему один? Потому, что за пять дней моего отсутствия вероятность полного заряда аккумуляторов достаточно высока. Можно обеспечить гарантированного запаса энергии и на два дня, но это возможно за счет увеличения общей емкости аккумуляторов, а значит и стоимости всей системы.

Целесообразно ограничиться одним днем, а когда обрисуется стоимость всей системы ещё и поиграть с вариантами комплектации и посмотреть на реакцию стоимости.

Необходимо учесть еще несколько моментов.

Первое: дело в том, что разряжать аккумуляторы на большую “глубину разряда” все равно, что собственными руками приводить их в негодность (срок службы сокращается значительно). Ориентироваться следует на 20 процентную глубину разряда.

Второе: с точки зрения безопасной эксплуатации, лучше всего пользоваться герметизированными аккумуляторами, поскольку не герметизированные в процессе работы выделяют вредные для дыхания и взрывоопасные газы. Несмотря на использование герметизированных аккумуляторов, я бы рекомендовал помещение для их установки выбрать все же хорошо проветриваемым.

Третье: по эксплуатационным характеристикам для автономной системы наиболее подходящий тип аккумуляторов, хотя и не самый дешевый – гелевые аккумуляторы (GEL).

И последнее. Следует учитывать и температуру окружающей среды для расчета необходимой емкости аккумуляторов, если приходится эксплуатировать аккумуляторы в холодные периоды.

При пониженной температуре окружающей среды емкость аккумулятора снижается, т.е. снижается энергоемкость, которую аккумулятор способен отдать при данной температуре. Это означает, что при расчете необходимой емкости аккумулятора (или аккумуляторов) вам следует вычисленное значение емкости увеличить, чтобы создать запас на случай её понижения.

Простыми словами, вам следует вычисленную емкость умножить на соответствующий температуре коэффициент:

• 26,7С – коэф = 1,00;
• 21,2С – коэф = 1,04;
• 15,6С – коэф = 1,11;
• 10,0С – коэф = 1,19;
• 4,4С – коэф = 1,30;
• -1,1С – коэф = 1,40;
• -6,7С – коэф = 1,59.

И так. Я выбрал один день обеспечения гарантированного запаса энергии: 396 А*ч х 1 = 396 А*ч.

Учтем глубину разряда: 396 А*ч : 0,2 = 1980 А*ч.

Поскольку эксплуатирую систему лишь в летний период (речь идет о температуре внешней среды): 1980 А*ч х 1,00 = 1980 А*ч.

Таким образом общая емкость аккумулятора (или аккумуляторов) составляет 1980 А*ч.

Предположим мы выбрали GEL аккумулятор, производителя Haze, модель HZY 12-200 (средняя стоимость 18500 руб). Его номинальная емкость 200 А*ч. Давайте посчитаем какое количество аккумуляторов будет подключено параллельно: 1980 А*ч : 200 А*ч = 9,9 шт.

Округляем в большую сторону (округлять следует всегда в большую сторону, даже если цифра после запятой меньше пяти) – 10 штук аккумуляторов будут соединены параллельно.

Выясним сколько аккумуляторов будет соединено последовательно. Для этого выбранное нами напряжение системы (24 В) делим на напряжение одного аккумулятора: 24 В : 12 В = 2.

Ну и выясняем сколько всего аккумуляторов будет входить в состав аккумуляторной батареи системы: 10 х 2 = 20.

Мы получили общее количество аккумуляторов необходимых, чтобы собрать аккумуляторную батарею для системы: 20 штук.

Соединение аккумуляторов последовательно-параллельное. В данном случае это означает, что аккумуляторы попарно должны быть соединены последовательно (десять таких пар), а уже в свою очередь эти десять пар соединяются параллельно.

Посчитаем состав солнечной батареи.

Предположим мы выберем солнечный модуль 200 Вт, 24 В, монокристаллический, производства Chinaland Solar Energy, модель: CHN200-72M.

Для расчета солнечной батареи необходимо прежде всего определиться с солнечной инсоляцией региона где будет эксплуатироваться система. Найти данные по инсоляции можно в интернете. Найти можно по запросу “месячная и годовая солнечная радиация кВт*ч/м2”.

Таким образом мы получили среднее значение количества солнечных пиковых часов.

Наша суточная потребность составляет 7919,8 Вт*час.

Потери на заряд-разряд составят не более 20%, их мы должны учесть: 7919,8 Вт*час х 1,2 = 9503,76 Вт*ч.

Отсюда мощность солнечной батареи должна быть: 9503,76 Вт*ч : 3,49 = 2723,14 Вт.

Теперь можем определить количество модулей соединенных параллельно, с учетом их типа, который мы выбрали ранее. Для этого в указанных характеристиках модулей находим параметр пиковая мощность модуля в точке максимальной мощности (или напряжение в точке максимальной мощности и ток в точке максимальной мощности и перемножаем их).

В нашем случае напряжение в точке максимальной мощности равно 38,8 В, ток в точке максимальной мощности равен 5,15 ампера. Перемножаем их и получаем максимальную мощность в точке максимальной мощности: 38,8 В х 5,15 А = 199,82 Вт.

То есть мощность модуля в точке максимальной мощности составляет 199,82 Вт. Делим мощность солнечной батареи на этот показатель модуля и получаем искомое значение: 2723,14 Вт : 199,82 Вт = 13,63 шт.

Количество модулей соединенных последовательно (выбранное нами напряжение системы – 24 В делим на номинальное напряжение одного модуля – 24 В): 24 В : 24 В = 1

Перемножаем количество модулей соединенных параллельно и количество модулей соединенных последовательно и этим узнаем общее количество модулей: 13,63 х 1 = 13,63 штук

Опять же округляем в большую сторону. Таким образом количество солнечных модулей должно быть 14 (соединенных параллельно).

Еще не заключение

Мы проделали расчет солнечной системы, но выводы делать ещё очень рано. Я не преследовал цель минимизировать стоимость всей системы именно в этой статье. По этой причине бессмысленно высчитывать результат её стоимости.

Ранее ЭлектроВести писали, что по данным Госэнергоэффективности, в Украине около 22 тыс. домохозяйств установили солнечные панели и используют «чистую» электроэнергию. Сумма инвестирования составляет около 450 млн евро, а общая мощность установленных солнечных электростанций — более 553 МВт.

По материалам: electrik.info.

формула расчёта ёмкости аккумуляторной батареи

Необходимость рассчитать ёмкость аккумулятора возникает у разных категорий людей. В первую очередь это касается автомобилистов, ведь это важный параметр машины. Так как устройство имеет свойство портиться, его свойства через какое-то время могут измениться. Большую роль это играет в случаях приобретения автомобиля с пробегом — неизвестно, насколько честен продавец. После аварии запчасти вполне могли быть заменены.

Расчёт ёмкости и мощности

Количество энергии, находящееся в батарее, называют её ёмкостью. Для измерения используют такие единицы:

• ампер-час;
• миллиампер-час.

Различаются они только точностью измерения. Например, ёмкость аккумулятора в тысячу миллиампер-час проработает с силой тока в тысячу миллиампер один час, а с показаниями в сто миллиампер — целых 10. Амперы — обобщающая единица, которая включает в себя 1 тыс. частей с приставкой «милли».

Есть два метода измерения ёмкости:

• Для того чтобы вычислить ёмкость аккумулятора, нужно понять принцип действий. Сначала нужно полностью зарядить устройство, а затем измерить время разряда. Ёмкость — произведение часов на силу тока. Это не очень удобный метод для батарейки, ведь после такого эксперимента её можно будет только утилизировать.
• Есть и другой способ. Нужно собрать схему, которая разрядит резистор до напряжения в один вольт, силу тока можно посчитать по формуле напряжения, делённого на сопротивление. Чтобы точно измерить время, можно подключить часы, которые перестанут работать при достижении порогового напряжения. Предварительно следует установить их на нулевую отметку. А также следует включить твердотельное реле, которое защитит устройство от полного разряда путём его отключения. Произойдёт это также при достижении минимально допустимого показателя вольт.

Рассчитать мощность аккумулятора можно при помощи той же формулы, однако напряжение и силу тока надо будет знать наверняка. Соберите цепь, включив в неё амперметр и вольтметр. Необходимо просто перемножить показания приборов. Если вольтметра нет, то можно обойтись значениями сопротивления. В таком случае мощность равна квадрату количества ампер, умноженному на число Ом.

Если отсутствует амперметр, то нужно число, измеренное вольтметром, умножить само на себя, а после поделить на сопротивление. Мощность в физическом смысле — это соотношение совершаемой работы на единицу времени.

Контроль саморазряда

Каждый аккумулятор неизбежно теряет заряд. Для контроля расхода ампер часов аккумулятора расчёты обязательно необходимы. Сначала нужно вычислить энергию, которая хранится в накопителе на момент полного заряда. Делать это придётся сразу же после отключения аккумулятора от сети.

Затем нужно оставить его где-то на месяц, а после повторить действия. Если сроки не терпят, то можно подождать всего неделю, а результат умножить на четыре. Нормальными значениями расхода для среднего устройства считается десятая часть от полной ёмкости в неделю либо четыре таких части в месяц.

Если энергия теряется слишком быстро, то следует разобраться с причинами неисправности. Она может быть связана с большими показателями сопротивления. Чтобы снизить значение Ом в сети, надо заменить стальную пружину — держатель аккумулятора. Если шунтировать элемент медным проводом, то это должно изменить ситуацию. Иначе нужно задуматься о полной замене устройства на новое.

Опыт пользователей

Аккумуляторные проблемы волновали меня ещё два года назад, когда у меня не было прав. Сначала никак не мог определить его ёмкость, потом разобрался. В учебном заведении предложили заняться проектом на свободную тему. Я решил изучить соответствие параметров, указанных на батарейках разных производителей, с их реальными характеристиками. Занимался этим как хобби, делал все ради интереса. Не думал, что это пригодится потом, когда я начну водить.

Конечно, я больше не разряжаю аккумуляторы полностью, пользуюсь более совершенными методами. Всегда включаю в сеть твердотельное реле, чтобы не было нужды разрежать накопитель полностью.

Александр Казаков

Это простая процедура, ведь формула ёмкости аккумулятора изучается ещё в восьмом классе. Конечно, не все в школьные годы любят физику и полагают, что она никак не пригодится им в жизни. Но большинство парней, да и девушек тоже, затем садится за руль. При вождении и уходе за автомобилем важно понимать основы механики и электричества, поэтому пренебрегать физикой не стоит. Но кто-то просто забывает полученные знания либо не может применить их на практике.

Впрочем, формулу силы тока иногда знают даже те, кто не учился в школе: I = U/R. Когда этот параметр известен, достаточно умножить его на время работы.

Виктор Шкурапетов

Всегда выполняю измерения, пользуясь полным разрядом. Считаю, что это единственный метод, который даёт достоверный результат, так что рекомендую только его. Конечно, иногда неудобно несколько часов заряжать устройство, в особенности — с большой ёмкостью, как в автомобилях. Однако альтернативы все равно не вижу. Тем более машина — механизм, за исправностью которого нужно внимательно следить. Никто не захотел бы остаться без света ламп ночью или в туман, ведь этому человеку пришлось бы дожидаться либо утра, либо помощи братьев-автомобилистов. Оба варианта — не очень приятное времяпрепровождение.

Андрей Колегов

Как рассчитать время работы от батарей при проектировании оборудования, использующего батареи; Технические ресурсы по батареям для инженеров-проектировщиков из PowerStream

Заметки для инженеров-проектировщиков: как посчитайте, какая емкость аккумулятора вам нужна.

я знаю, я чувствую Ваша боль. Отдел маркетинга предоставил вам спецификацию, и все, что в ней говорится, « максимизирует время работы, минимизирует размер батареи и стоимость .» Но они не скажет вам, сколько времени работы приемлемо, сколько размера и веса будет рынок смирится, какая стоимость приемлема?

Эй, причина что они не более конкретны, они надеются на чудо и не хотят переоценить, если они не получат чуда. Чудо вы были надеялся на полную спецификацию, но давайте приступим к делу.

Твоя месть подождать 2 недели и вернуться с « Хорошие новости, я поместил его в фонтан. ручка для спецификации всего за 5000 долларов и за счет сокращения бюджета мощности (т.е. устранение все функции, кроме одной), мы заставили его работать более 5,5 секунд, прежде чем подзарядка. », а затем расслабьтесь и надейтесь на лучшее руководство от маркетинг!

Ты уже знал, что я не могу помочь вам с вашей спецификацией, но по крайней мере вы могут использовать следующие инструменты оценки дизайна, чтобы дать отделу маркетинга матрица выбора.

Сколько емкость аккумулятора вам нужна для работы вашего устройства? Вот как вы оцениваете Это.18 электронов ,.

Q = I * т

где Q — заряд в кулонах, I — ток в амперах и т — время в секундах.

Сумма заряд, проходящий через этот провод (ток 1,0 А) за 60 секунд, составляет 60 кулонов, и через час вы бы поздоровались и «До свидания» 3600 кулонов заряда.

Батареи были очевидно, разработан инженерами, подписавшимися на простейшая »система измерения. Они устали вытаскивать слайд правила делить на 3600 каждый раз, когда они хотели знать, сколько 24000 кулонов продержался бы их и придумал несанкционированный блок ампер-часов . Позже, когда начали использовать батарейки меньшего размера, они придумали миллиампер-час .

Не надо смущает дефис.Ампер-часы означает амперы, умноженные на часы. Разделите на усилители и у вас есть часы, разделенные на часы, и вы получите усилители. Значит, это не усилители, а это не ампер в час, это ампер-часы. И, кстати, я даже использовал термин «ампер-секунды», потому что когда вы говорите «кулоны», все остекленевшие глаза на тебя.

Не понимаю Я ошибаюсь, я люблю ампер-часы за единицы, это удобное практическое правило. Ампер-часы сколько заряда хранится в аккумуляторе.Поскольку батарея меняет напряжение во время разряда, это не идеальная мера того, сколько энергии хранится, для этого вам потребуются ватт-часы. Умножение среднего или номинального умножение напряжения батареи на емкость батареи в ампер-часах дает вам оценку сколько ватт-часов содержится в батарее.

Где E — запасенная энергия в ватт-часах, C — емкость в ампер-часах, а Vavg — среднее напряжение при разряде.Да, ватт-часов — это мера энергии, как и киловатт-часы. Умножьте на 3600, и вы получите ватт-секунд , которое также известно как Джоулей .

Пока мы находятся в прелюдии, я мог бы также упомянуть, что поскольку заряд в конденсаторе Q = CV означает, что батарея также может быть оценена в фарадах. Щелочная батарея AA на 1,5 В аккумулятор, вмещающий 2 ампер-часа заряда (то есть 7200 кулонов), имеет эквивалентная емкость 4800 Фарад.Конечно, батарея ужасно странный конденсатор, потому что напряжение не падает пропорционально накопленный заряд, имеет высокое эквивалентное сопротивление и т. д.

Кроме того, я должен упомяните, что вы не всегда получаете все ампер-часы, которые ожидаете от аккумулятор. Это объясняется в Части 3 ниже как эффект Пеукарта. Вот почему я назвал это практическим правилом, а не теоремой. Самые большие ошибки возникают, когда вы быстро разряжаете батареи.Некоторые батареи, например угольно-цинковые, щелочные или Свинцово-кислотный раствор становится менее эффективным при быстрой разрядке. Типичный запечатанный свинцово-кислотный аккумулятор дает только половину своей номинальной емкости при разряде ставка C / 1 по сравнению со ставкой C / 20.

Следующий метод предполагает, что вы знаете, сколько ампер у вас нужен гаджет под питание. Если вы знаете, сколько ватт, переходите к шагу A ниже.

Шаг 1. Оборотная сторона конверта

Если текущий нарисовано x ампер, время T часов, затем емкость C в ампер-часах

С = xT

Например, если ваша помпа потребляет 120 мА, и вы хотите, чтобы она проработала 24 часа

С = 0,12 А * 24 часа = 2.88 ампер-часов

Шаг 2 . Соображения по сроку службы

Это не хорошо разряжать аккумулятор до нуля во время каждого цикла зарядки. Для Например, если вы хотите использовать свинцово-кислотную батарею в течение многих циклов, вы не должен превышать 80% заряда, оставив 20% заряда в аккумуляторе. Это не только увеличивает количество циклов, но и позволяет батарее ухудшиться на 20%, прежде чем вы начнете получать меньше времени выполнения, чем вызовы дизайна для

C ’ = С / 0.8

Для примера выше

C ’ = 2,88 AH / 0,8 = 3,6 AH

Шаг 3 : Скорость сброса

Некоторая батарея химические вещества дают намного меньше ампер-часов, если вы их быстро разряжаете. Это называется эффектом Пейкарта. Это большой эффект в щелочном, углеродном цинке, воздушно-цинковые и свинцово-кислотные батареи. Например, если вы рисуете в 1С на свинцово-кислотном аккумулятор вы получите только половину емкости, которую вы имели бы, если бы у вас нарисовано на 0.05C. Это небольшой эффект в никель-кадмиевых, литий-ионных, литиевых полимерах, и никель-металлгидридные аккумуляторы.

Для свинцово-кислотных номинальная емкость аккумуляторов (т. е. количество AH, выбитое на стороне аккумулятор) обычно рассчитан на 20-часовую разрядку. Если ты при медленной разрядке вы получите расчетное количество ампер-часов из их. Однако при высоких скоростях разряда емкость резко падает. Правило большой палец — это то, что для скорости разряда в 1 час (т.е. рисунок 10 ампер из 10 ампер ч. аккумулятора, или 1С) вы получите только половину номинальной емкости (или 5 ампер-часы от батареи на 10 ампер-часов). Диаграммы, подробно описывающие этот эффект для для большей точности можно использовать различную скорость разряда. Например данные листы, перечисленные в /BB.htm

Например, если ваш портативный гитарный усилитель потребляя стабильные 20 ампер, и вы хотите, чтобы они длились 1 час, вы бы начали с шагом 1:

С = 20 амперы * 1 час = 20 Ач

Затем перейдите к Шагу 2

C ’ = 20 Ач / 0.8 = 25 хиджры

Тогда учтем высокую ставку

C ’‘ = 25 /.5 = 50 хиджры

Таким образом, вам понадобится герметичный свинцово-кислотный аккумулятор на 50 ампер-час. аккумулятор для работы усилителя в течение 1 часа при среднем токе 20 ампер рисовать.

Шаг 4. Что делать, если вы нет постоянной нагрузки? Очевидно, что нужно сделать, это то, что нужно сделать. Определите среднюю потребляемую мощность. Рассмотрим повторяющийся цикл, в котором каждый цикл составляет 1 час.Он состоит из 20 ампер в течение 1 секунды, а затем 0,1 ампер для остальное время. Средний ток рассчитывается следующим образом.

20 * 1/3600 + 0,1 (3599) / 3600 = 0,1044 в среднем Текущий.

Другими словами, выяснить, сколько ампер потребляется усреднить и использовать шаги 1 и 2. Шаг 3 очень трудно предсказать в случае где у вас есть небольшие периоды высокого тока.Новости хорошие, стабильный розыгрыш 1С снизит мощность намного больше, чем короткие импульсы 1С с последующим отдыхом период. Таким образом, если средняя потребляемая мощность составляет около 20 часов, вы будете приблизиться к прогнозируемой мощности по 20-часовой ставке, даже если вы рисование его в сильноточных импульсах. Фактические данные испытаний трудно получить без проводите тест самостоятельно.

Если вам известны ватты, а не амперы, выполните следующие действия. процедура

Шаг A: Преобразование ватт в амперы

Фактически, ватты — это основная единица измерения мощности, а ватт-часы — это запасенная энергия.В Ключ — использовать известные вам ватты для расчета ампер при напряжении аккумуляторной батареи.

Например, вы хотите использовать мощность 250 Вт. Лампочка 110VAC от инвертора на 5 часов.
Ватт-часов = Вт * часы = 250 Вт * 5 часов = 1250 Вт · ч

С учетом эффективности инвертор, скажем, 85%

Ватт-часы = Вт * часы / КПД = 1250 / 0,85 = 1470 ватт-часов

Поскольку ватт = амперы * вольты, разделите ватт-часы на напряжение аккумулятора для получения ампер-часов от аккумулятора

ампер-часов (при 12 вольт) = ватт-часы / 12 вольт = 1470/12 = 122.5 ампер-часов.
Если вы используете батарею другого напряжения, ампер-часы изменится, разделив его в зависимости от напряжения батареи, которое вы используете.

Теперь вернитесь к шагам 2–4 выше, чтобы уточните свой расчет.

Время работы аккумулятора и его расчет

Время работы — это время, на которое хватит заряда свинцово-кислотного аккумулятора при данной нагрузке. Предположим, что аккумулятор полностью заряжен. Как долго это продлится, зависит от трех вещей.Во-первых, механическое состояние батареи, а во-вторых, величина тока, потребляемого нагрузкой. Третий фактор — целостность системы, а именно инвертора и проводов, которые все соединяют.

Формула для расчета времени работы от батареи

Мы предполагаем 100% эффективность между батареей и устройством для целей этого обсуждения. Хотя на практике это бывает редко.

Мы используем формулу: (10-кратная емкость аккумулятора в ампер-часах), разделенная на (нагрузка устройства в ваттах) .Эта информация отображается на этикетке свинцово-кислотной батареи и мелким шрифтом на приборе.

Допустим, мы собираемся в поход и хотим знать, как долго мы можем проработать 100-ваттный телевизор от батареи, рассчитанной на 60 ампер-часов. Используя нашу формулу, вычисляем [(10 X 60) ÷ 100] = максимальное время работы 6 часов. В этих особых обстоятельствах мы рекомендуем подзарядку через четыре часа. Поскольку разряженная свинцово-кислотная батарея вредит ее здоровью и сокращает время работы в будущем.

Советы для счастливых, здоровых батарей и их владельцев

Постарайтесь предотвратить полную разрядку свинцово-кислотной батареи.Максимальный разряд зависит от типа аккумулятора. Самый быстрый способ испортить что-то — запустить его «на ровном месте» и оставить в таком состоянии. Будьте особенно осторожны при работе со свинцово-кислотными аккумуляторами. Он содержит кислоту и обладает мощным зарядом.

При доливе есть летучие пары. Эти пары могут воспламениться при наличии сигареты или искры.

Поэтому будьте осторожны. Снимите часы, кольца, ожерелья и браслеты.

Наденьте защитные очки и будьте особенно осторожны, чтобы избежать короткого замыкания между клеммами гаечным ключом.Потому что это может навсегда снизить время работы аккумулятора до нуля, а нам это не нужно.

Связанные

Герметичные свинцово-кислотные батареи — Основы

Какой номинал батареи в ампер-часах (ампер-час или Ач)?

Изображение для предварительного просмотра: батарея разряжена

Калькулятор емкости, C-рейтинга, силы тока, заряда и разряда батареи или блока батарей (накопитель энергии)

Калькулятор батарей для любых типов батарей: литиевых, щелочных, LiPo, Li-ION, Nimh или свинцовых батарей

Введите значения вашей собственной конфигурации в белые поля, результаты отображаются в зеленых полях.

Принцип и определения

Емкость и энергия аккумулятора или системы хранения

Емкость батареи или аккумулятора — это количество энергии, накопленной в соответствии с определенной температурой, значением тока заряда и разряда и временем заряда или разряда.

Даже при использовании различных технологий аккумуляторов принцип расчета мощности, емкости, тока и времени заряда и разряда (согласно C-rate) одинаков для всех типов аккумуляторов, таких как литиевые, LiPo, Nimh или свинцовые аккумуляторы.

Последовательная и параллельная конфигурация батарей: вычисление общей накопленной энергии (емкости) в соответствии с напряжением и значением AH каждой ячейки

Чтобы получить напряжение последовательно соединенных батарей, необходимо просуммировать напряжение каждой ячейки в серии.

Чтобы получить ток на выходе нескольких батарей параллельно, необходимо суммировать ток каждой ветви.

Внимание: не путайте Ач и А, Ампер (А) — это единица измерения силы тока, Ампер-час (Ач) — это единица измерения энергии или мощности, например Втч (Ватт-час) или кВтч или джоули.

Общая емкость в Втч одинакова для 2 батарей подряд или двух батарей параллельно, но когда мы говорим в Ач или мАч, это может сбивать с толку.

Пример:
— 2 аккумулятора по 1000 мАч, 1.Последовательные 5 В будут иметь общее напряжение 3 В и ток 1000 мА, если они будут разряжены в течение одного часа. Емкость в Ампер-часах системы составит 1000 мАч (в системе 3 В). В Wh это даст 3V * 1A = 3 Wh
— 2 батареи по 1000 мАч, 1,5 В, подключенные параллельно, будут иметь общее напряжение 1,5 В и ток 2000 мА, если они будут разряжены за один час. Емкость в Ампер-часах системы составит 2000 мАч (в системе 1,5 В). В Wh он даст 1.5V * 2A = 3 Wh

Поэтому лучше говорить в Wh (ватт-час), а не в Ah (ампер-час), когда вы говорите о емкости блока батарей с последовательно соединенными элементами. и параллельно, потому что емкость в ватт-часах не связана с напряжением системы, тогда как емкость в ампер-часах связана с напряжением блока батарей.

Номинальная мощность и коэффициент C

C-rate используется для масштабирования тока заряда и разряда батареи. Для заданной емкости C-rate — это мера, указывающая, при каком токе батарея заряжается и разряжается для достижения определенной емкости.
При зарядке 1С (или С / 1) заряжается аккумулятор, рассчитанный, например, на 1000 Ач при 1000 А в течение одного часа, поэтому в конце часа аккумулятор достигает емкости 1000 Ач; разряд 1C (или C / 1) разряжает аккумулятор с такой же скоростью.
При зарядке 0,5 ° C или (C / 2) заряжается аккумулятор, рассчитанный, например, на 1000 Ач при 500 А, поэтому для зарядки аккумулятора номинальной емкостью 1000 Ач требуется два часа;
При зарядке 2C заряжается аккумулятор, который рассчитан, скажем, на 1000 Ач при 2000 А, поэтому для зарядки аккумулятора номинальной емкостью 1000 Ач теоретически требуется 30 минут;
Номинал Ач обычно указывается на батарее.

Последний пример, свинцово-кислотный аккумулятор с номинальной емкостью C10 (или C / 10) 3000 Ач должен заряжаться или разряжаться за 10 часов с ток заряда или разряда 300 А.

Почему важно знать C-рейтинг или C-рейтинг батареи

C-rate — важные данные для аккумулятора, поскольку для большинства аккумуляторов запасенная или доступная энергия зависит от скорости тока заряда или разряда. В целом, для данной емкости у вас будет меньше энергии, если вы разряжаете в течение одного часа, чем если вы разряжаете в течение 20 часов, и наоборот, вы будете хранить меньше энергии в батарее при токовом заряде 100 А в течение 1 ч, чем при токовом заряде 10 А в течение 10 ч.

Формула для расчета тока, доступного на выходе аккумуляторной системы

Как рассчитать выходной ток, мощность и энергию батареи согласно C-rate?
Самая простая формула:

I = Cr * Er
или
Cr = I / Er
Где
Er = номинальная запасенная энергия в Ач (номинальная емкость аккумулятора указана производителем)
I = ток заряда или разряда в амперах (A)
Cr = C-коэффициент батареи
Уравнение для получения времени заряда или заряда или разряда «t» в зависимости от тока и номинальной емкости:
т = Er / I
t = время, продолжительность заряда или разряда (время работы) в часах
Связь между Cr и t:
Cr = 1 / т
t = 1 / Cr

Как рассчитать количество ампер-часов батареи

Часто нас спрашивают, как рассчитать, сколько ампер-часов необходимо клиенту для работы одного или нескольких устройств.
Итак, мы подготовили несколько заметок по различным темам, таким как «Как рассчитать ампер-час батареи» и другим.

Вт = умножение вольт на ампер

Шаг 1. Не торопитесь, и это будет иметь смысл. Следующая информация была скопирована с PowerStream.com

Итак, у вас есть прибор или устройство, например, помпа, и вы хотите знать, какой размер батареи вам нужен?
Хорошо, если потребляемый ток составляет x ампер, время составляет T часов, тогда емкость C в ампер-часах составляет

C = xT

Например, если ваша помпа потребляет 120 мА, а вы хотите, чтобы он работал в течение 24 часов

C (ампер-часов) = 0.12 ампер * 24 часа = 2,88 ампер-часов (продолжайте, расчет еще не закончен)

Шаг 2. Рекомендации по сроку службы батареи

Нехорошо разряжать батарею до нуля во время каждого цикла зарядки. Например, если вы хотите использовать свинцово-кислотный аккумулятор в течение многих циклов, не следует разряжать его после 80% заряда, оставив 20% заряда в аккумуляторе. Это не только увеличивает количество получаемых циклов, но и позволяет разряжать батарею на 20%, прежде чем вы начнете получать меньше времени работы, чем предусмотрено в конструкции

C ’= C / 0.8 (80% глубина разряда или DOD)

Для приведенного выше примера

C ‘= 2,88 Ач / 0,8 = 3,6 Ач аккумулятор (продолжайте работу)

Шаг 3: Рассмотрение скорости разряда

Некоторые типы аккумуляторов дают гораздо меньше ампер-часов, если вы их быстро разрядите. Это называется эффектом Пейкарта. Это большой эффект для щелочных, углеродно-цинковых, воздушно-цинковых и свинцово-кислотных батарей. Например, если вы используете свинцово-кислотную батарею при 1С, вы получите только половину емкости, которая была бы у вас, если бы вы использовали 0.05C. Это небольшой эффект для никель-кадмиевых, литий-ионных, литий-полимерных и никель-металлгидридных аккумуляторов.

Для свинцово-кислотных аккумуляторов номинальная емкость (т. Е. Количество AH, выбитое на боковой стороне аккумулятора) обычно дается для 20-часовой разрядки. Если вы разряжаетесь с медленной скоростью, вы получите расчетное количество ампер-часов из них. Однако при высоких скоростях разряда емкость резко падает. Практическое правило заключается в том, что при скорости разряда в течение 1 часа (т. Е. При потреблении 10 ампер от батареи на 10 ампер-час или 1С) вы получите только половину номинальной емкости (или 5 ампер-часов от батареи на 10 ампер-час). .Для большей точности можно использовать диаграммы, подробно описывающие этот эффект для разной скорости разряда. Например, таблицы данных, перечисленные на http://www.powerstream.com/BB.htm

. Например, если ваш портативный гитарный усилитель постоянно потребляет 20 ампер, и вы хотите, чтобы его хватило на 1 час, вы начнете с Step 1:

C = 20 ампер * 1 час = 20 AH

Затем перейдите к этапу 2

C ‘= 20 AH / 0,8 = 25 AH

Затем примите во внимание высокую скорость

C’ ‘= 25 / .5 = 50 Ач

Таким образом, вам понадобится герметичная свинцово-кислотная батарея на 50 ампер-час для работы усилителя в течение 1 часа при среднем потреблении 20 ампер.

Шаг 4. Что делать, если у вас нет постоянной нагрузки? Очевидно, что нужно сделать, это то, что нужно сделать. Определите среднюю потребляемую мощность. Рассмотрим повторяющийся цикл, каждый из которых длится 1 час. Он состоит из 20 ампер в течение 1 секунды, а затем 0,1 ампер в течение оставшейся части часа. Средний ток рассчитывается следующим образом.

20 * 1/3600 + 0,1 (3599) / 3600 = 0.Средний ток 1044 ампер.

(3600 — количество секунд в часе).
Другими словами, выясните, сколько ампер потребляется в среднем, и используйте шаги 1 и 2. Шаг 3 очень трудно предсказать в случае, когда у вас есть небольшие периоды высокого тока. Хорошая новость, постоянное потребление 1С снижает емкость намного больше, чем короткие импульсы 1С, за которыми следует период отдыха. Таким образом, если средний потребляемый ток составляет около 20 часов, то вы приблизитесь к мощности, прогнозируемой для 20-часового режима, даже если вы потребляете его импульсами сильного тока.Фактические данные тестирования трудно получить, не выполнив тест самостоятельно.
Если вам известны ватты, а не амперы, выполните следующую процедуру.

Шаг A: Преобразуйте ватты в амперы

Фактически, ватты — это основная единица мощности, а ватт-часы — это запасенная энергия. Главное — использовать известные вам ватты для расчета ампер при напряжении батареи.

Например, вы хотите проработать лампочку мощностью 250 Вт 110 В переменного тока от инвертора в течение 5 часов.
Ватт-часы = Вт * часы = 250 Вт * 5 часов = 1250 Вт-часов

Учитывайте эффективность инвертора, скажем, 85%

Ватт-часов = Вт * часы / КПД = 1250/0.85 = 1470 ватт-часов

Так как ватт = амперы * вольт, разделите ватт-часы на напряжение батареи, чтобы получить ампер-часы заряда батареи

Ампер-часы (при 12 вольт) = ватт-часы / 12 вольт = 1470/12 = 122,5 ампер-часов.
Если вы используете батарею с другим напряжением, ампер-часы будут изменены путем деления на напряжение батареи, которое вы используете.

Теперь вернитесь к шагам 2–4 выше, чтобы уточнить расчет.

Как рассчитать время работы от батареи

Есть слишком много вопросов, которые вы зададите при разработке устройства с батареей внутри.

Начальнику просто нужна дешевая и маленькая батарея с ней, но без дополнительной информации о том, сколько времени нужно конечному покупателю, насколько он может быть маленьким.

в этой статье мы вам покажем:

1 Как рассчитать время работы конкретной батареи?
2 Как рассчитать емкость аккумулятора?
3 Калькулятор емкости аккумулятора (инструмент мгновенного расчета)
4 Калькулятор времени работы от аккумулятора
5 Как преобразовать ватты в амперы или амперы в ватты или из вольт в ватты

Готовы к вашему дизайну батареи?
Поехали.

В идеальном / теоретическом случае время было бы Время (Ч) = Емкость (Ач) / Ток (А).

Если емкость указана в ампер-часах, а сила тока — в амперах, время будет в часах (зарядка или разрядка).

Смущаетесь?

Итак, как рассчитать, на сколько хватит заряда батареи?

Отбросьте, на сколько хватит заряда батареи калькулятора, и давайте посмотрим на реальный случай, батарея 10 Ач с током 1 А, проработает 10 часов. Или при доставке 10А этого хватило бы всего на 1 час, а при доставке 5А — всего на 2 часа.

Другими словами, у вас может быть «любое время», если, умножив его на ток, вы получите 10 Ач (емкость аккумулятора).

Это так просто.

, так что больше нет проблем с расчетом времени автономной работы.

Для аккумулятора 18650 2500 мАч (2,5 Ач) с устройством, потребляющим 500 мА (0,5 А), у вас есть:

2,5 Ач / 0,5 А = 5 часов

Обратите внимание, что большинство батарей, особенно с цепями, не будут работать до 0 В в качестве источника питания (если оно упадет до нуля, срок службы батареи сократится или даже разрядится, если не зарядить вовремя), То есть ваша схема перестанет работать при заданном напряжении до того, как батарея полностью разрядится.

см. Ниже диаграмму разгрузки

не пойдет в ноль (полностью пустой)

Следовательно, для расчета нам потребуется умножить на 0,8-0,9:

, то есть 2,5 Ач / 0,5 А * 0,9 = 4,5 часа

Что, если вы знаете только ватты, вы заметите, что каждое устройство использует ватт для определения своих основных характеристик.

Лампа 5 Вт,

Ноутбук 20 Вт,

Двигатель мощностью 100 Вт,

Уличный фонарь на солнечной энергии 200 Вт

Назовите несколько.

В теории это:

Время разряда = Емкость аккумулятора * Вольт аккумулятора / Ватт устройства.

Скажем, 5 Ач * 3,7 В / 10 Вт = 1,85 часа

С энергоэффективностью 90% для литий-ионных / литий-полимерных аккумуляторов. Тогда
Время разряда = Емкость аккумулятора * Напряжение аккумулятора * 0,9 / Ватт устройства

5 Ач * 3,7 В * 0,9 / 10 Вт = 1,66 часа

Давайте объясним на других примерах:

для батареи 1800 мАч 3,7 В 18650 для питания цифрового устройства 3,7 В 10 Вт, как рассчитать время работы?

для 3.Устройство 7 В 10 Вт ， рабочий ток будет 10 ÷ 3,7 = 2,7027 А = 2702,7 мА
Теоретически это: 1800 мАч ÷ 2702,7 мА = 0,666 ч = 40 мин
На самом деле это: 1800 мАч ÷ 2702,7 мА * 0,9 = 0,599 ч = 36 мин

Краткие примечания: 1A = 1000 мА (мА — ток, мАч — емкость)

Или вы можете использовать 3,7 В * 1,8 Ач (1800 мАч) * 0,9 / 10 Вт = 0,599 ч = 36 мин

Другой пример: Аккумулятор 12 В 60 Ач для питания лампы 220 В 100 Вт
Время работы: 12 В * 60 Ач * 0,9 / 100 Вт = 6,48 ч

EV design — расчет батареи — x-engineering.org

Высоковольтная батарея — это один из наиболее важных компонентов электромобиля с аккумуляторной батареей (BEV) . Параметры аккумуляторной батареи оказывают значительное влияние на другие компоненты и характеристики автомобиля, например:

• максимальный крутящий момент тягового двигателя
• максимальный крутящий момент рекуперативного тормоза
• диапазон автомобиля
• общий вес автомобиля
• цена автомобиля

Практически все Основные аспекты чисто электрического транспортного средства (EV) зависят от параметров высоковольтной батареи .

При разработке аккумуляторной батареи для нашего электромобиля мы начнем с 4 основных входных параметров:

• химия
• напряжение
• среднее энергопотребление транспортного средства за цикл движения
• запас хода автомобиля

Аккумулятор состоит из одного или более электрохимических элементов ( аккумуляторных элементов ), которые преобразуют химическую энергию в электрическую энергию (во время разрядки) и электрическую энергию в химическую энергию (во время зарядки).Тип элементов, содержащихся в батарее, и химические реакции во время разрядки-зарядки определяют химию батареи .

Элемент батареи состоит из пяти основных компонентов: электродов — анода и катода, сепараторов, клемм, электролита и корпуса или корпуса. В автомобильной промышленности используются различные типы элементов [1]:

Изображение: Литий-ионные аккумуляторные элементы различной формы
Фото: [1]

Есть несколько типов аккумуляторов (химические), используемых в силовых установках гибридных и электромобилей, но мы собираемся рассмотреть только литий-ионные элементов . Основная причина в том, что литий-ионные батареи имеют более высокую удельную энергию [Втч / кг] и удельную мощность [Вт / кг] по сравнению с другими типами [2].

Изображение: диаграмма уровня ячеек Рагона, адаптированная из Van Den Bossche 2009
Кредит: [2]

Чем выше ток, тем больше диаметр высоковольтных проводов и тем выше тепловые потери. По этой причине ток должен быть ограничен до максимума, а номинальная мощность достигается за счет более высокого напряжения. Для нашего приложения мы собираемся рассмотреть номинальное напряжение 400 В .

В статье «Конструкция электромобиля — энергопотребление» мы рассчитали, что среднее энергопотребление силовой установки E _p составляет 137.8 Втч / км на ездовом цикле WLTC. Помимо энергии, необходимой для приведения в движение, высоковольтная батарея должна обеспечивать энергией вспомогательные устройства автомобиля E _aux [Втч / км] , например: электрическая система 12 В, обогрев, охлаждение и т. Д. необходимо учитывать КПД трансмиссии η _p [-] при преобразовании электрической энергии в механическую.

Для вспомогательных устройств потребление энергии мы собираемся использовать данные из [3], которые содержат типичные требования к мощности некоторых общих электрических компонентов транспортного средства (вспомогательные нагрузки).Длительные электрические нагрузки (фары, мультимедиа и т. Д.) И периодические нагрузки (обогреватель, стоп-сигналы, дворники и т. Д.) Потребляют в среднем 430 Вт электроэнергии. Продолжительность цикла WLTC составляет 1800 с (0,5 ч), что дает 215 Втч энергии для вспомогательных нагрузок. Если мы разделим его на длину ездового цикла WLTC (23,266 км), мы получим среднее потребление энергии для вспомогательных нагрузок E _aux из 9,241 Втч / км .

Даже если Втч / км — это на самом деле не энергия, а факторизованная энергия, поскольку она измеряется на единицу расстояния (км), для простоты мы будем называть ее средней энергией.

Постоянный ток (DC), подаваемый батареей, преобразуется инвертором в переменный (AC). Это преобразование происходит с соответствующими потерями. Также электродвигатель и трансмиссия имеют некоторые потери, которые необходимо учитывать. Для этого упражнения мы собираемся использовать средний КПД η _p 0,9 от аккумулятора до колеса.

Замена значений в (2) дает среднее потребление энергии:

Аккумуляторная батарея рассчитана на среднее потребление энергии 161,7451 Wh / km .

Архитектура аккумуляторных блоков

Все высоковольтные аккумуляторные блоки состоят из аккумуляторных батарей элементов , собранных в группы и модули. Элемент батареи можно рассматривать как наименьшее деление напряжения.

Изображение: Элемент батареи

Отдельные элементы батареи могут быть сгруппированы параллельно и / или последовательно как модули .Кроме того, аккумуляторные модули могут быть соединены параллельно и / или последовательно для создания аккумуляторного блока . В зависимости от параметров батареи может быть несколько уровней модульности.

Общее напряжение аккумуляторной батареи определяется количеством последовательно соединенных ячеек. Например, полное (цепное) напряжение 6 последовательно соединенных ячеек будет суммой их индивидуальных напряжений.

Изображение: Строка аккумуляторных элементов

Чтобы увеличить текущую емкость аккумулятора, необходимо подключить больше строк параллельно .Например, 3-х гирлянды, соединенные параллельно, утроят емкость и допустимый ток аккумуляторной батареи.

Изображение: ряды аккумуляторных элементов, включенные параллельно

Высоковольтный аккумуляторный блок Mitsubishi i-MiEV состоит из 22 модулей, состоящих из 88 элементов, соединенных последовательно. Каждый модуль содержит 4 призматических ячейки. Напряжение каждой ячейки составляет 3,7 В, а общее напряжение аккумуляторной батареи 330 В.

Изображение: Аккумулятор (модули и элементы)
Кредит: Mitsubishi

Другой пример — высоковольтный аккумуляторный блок Tesla Model S, который имеет:

• 74 элемента в параллельной группе
• 6 последовательных групп для модуля
• 16 модулей в серии
• Всего 7104 элемента

Изображение: аккумулятор Tesla Model S
Кредит: Tesla

Аккумулятор расчет

Чтобы выбрать, какие аккумуляторные элементы будут в нашем пакете, мы проанализируем несколько моделей аккумуляторных элементов, доступных на рынке.В этом примере мы сосредоточимся только на литий-ионных элементах. Входные параметры аккумуляторных элементов приведены в таблице ниже.

Примечание : Поскольку производители аккумуляторных элементов постоянно придумывают новые модели, возможно, данные, использованные в этом примере, устарели. Это менее важно, поскольку цель статьи — объяснить, как выполняется расчет. Тот же метод можно применить и к любым другим элементам батареи.

9026 SL ]

Для лучшего обзора параметров ячеек и упрощения их сравнения основные параметры отображаются в виде гистограмм на изображениях ниже .

BP — аккумуляторный блок
* — с учетом только аккумуляторных элементов

Из данных таблицы мы видим Ячейки такого типа имеют лучшее энергосодержание и большую емкость по сравнению с цилиндрическими ячейками.

Те же результаты могут быть отображены в виде гистограмм для облегчения сравнения между различными типами аккумуляторных элементов.

Из-за низкой емкости цилиндрических ячеек по сравнению с ячейками пакета количество ячеек, необходимых для аккумуляторного блока, значительно выше.Большое количество ячеек может вызвать дополнительные проблемы в области проводки, контроля напряжения, надежности батареи.

Масса и объем рассчитываются только на уровне ячейки с учетом размеров и массы ячейки. Аккумулятор, который будет в автомобиле, будет иметь дополнительные компоненты (провода, электронные компоненты, пайка, корпус и т. Д.), Что увеличит как конечный объем, так и массу. Тем не менее, глядя только на объем и массу клеток, мы можем оценить, какая модель будет лучше по сравнению с другой.По массе и объему нет четкого различия между цилиндрическими ячейками и ячейками мешочка. Однако кажется, что аккумулятор с ячейками-чехлами немного тяжелее и больше.

Батарейные элементы, производимые A123-Systems, имеют очень высокий максимальный непрерывный ток разряда и максимальный импульсный (пиковый) ток разряда. Что касается энергии и емкости, элементы пакетного типа имеют более высокий пиковый (непрерывный) ток и мощность, чем цилиндрические элементы.

На основании расчетных данных и выводов мы можем выбрать, какие аккумуляторные элементы подходят для аккумуляторной батареи нашего электромобиля.Из наших примеров кажется, что элементы Kokam имеют лучший компромисс между массой, объемом и плотностью энергии / мощности.

Все параметры, уравнения, результаты и графики реализованы в файле Scilab (* .sce). Для скачивания подпишитесь на страницу Patreon.

Вы также можете проверить свои результаты с помощью калькулятора ниже.

Калькулятор батареи EV (он-лайн)

Ссылки:

[1] Моой, Роберт и Айдемир, Мухаммед и Селигер, Гюнтер. (2017). Сравнительная оценка различных форм литий-ионных аккумуляторных элементов.Процедуры Производство. 8. 104–111. 10.1016 / j.promfg.2017.02.013.
[2] Бернардини, Анналиа и Барреро, Рикардо и Махарис, Кэти и Ван Мирло, Джоэри. (2015). Технологические решения, направленные на рекуперацию энергии торможения в метро: пример многокритериального анализа. BDC — Bollettino del Centro Calza Bini — Università degli Studi di Napoli Federico II. 14. 301-325. 10.6092 / 2284-4732 / 2929.
[3] Том Дентон, Автомобильные электрические и электронные системы, Третье издание. Эльзевир Баттерворт-Хайнеманн, 2004 г., стр. 129.
[4] https://industrial.panasonic.com/
[5] http://www.a123systems.com/
[6] http://www.molicel.com/
[7] http: // www.a123systems.com/
[8] http://www.toshiba.com/
[9] http://www.kokam.com/

Калькулятор емкости аккумулятора | jCalc.NET

Калькулятор размера батареи рассчитывает требуемую емкость батареи в ампер-часах (Ач) на основе нагрузки, продолжительности и уровня разряда.

Параметры:

• Тип нагрузки (ампер или ватт): Выберите единицы, в которых будет указана нагрузка, ампер или ватт.
• Нагрузка (ватт) : Если тип нагрузки — ватт, укажите нагрузку в ваттах, например 100 Вт. Используйте и среднее значение, если это циклическая нагрузка.
• Нагрузка (ампер): Если тип нагрузки — ампер, укажите ток в амперах, например 10 А.
• Напряжение (В) : укажите напряжение батареи, если тип нагрузки — ватт.
• Требуемая продолжительность (часы): Укажите продолжительность, в течение которой должна подаваться нагрузка.
• Тип батареи: Выберите тип батареи: свинцово-кислотная или литий-ионная.
• Оставшийся заряд (%): Укажите требуемый остаток заряда. Чтобы продлить срок службы аккумулятора, свинцово-кислотный аккумулятор не следует часто разряжать ниже 50%, а литий-ионный аккумулятор ниже 20%. Обратите внимание, что 0% — это разряженная батарея, а 100% — полная батарея.

Результат:

• Требуемый размер батареи (Ач) : Рекомендуемый размер батареи в Ач.

Текущий расчет:

• Если нагрузка указана в ваттах, ток I рассчитывается как:

\ (I = \ dfrac {P} {V} \)

, где P — мощность в ваттах, а V — напряжение в вольтах.

Литиевые -ионные батареи:

• Требуемый размер батареи \ (B_ {li-ion} \) для литий-ионных батарей рассчитывается калькулятором размера батареи как:

\ (B_ {li-ion} = \ dfrac {100 \ cdot I \ cdot t} {100 — Q} \)

, где I — ток в амперах, t — продолжительность в часах и Q — требуемый оставшийся заряд в процентах.

Свинцово-кислотные батареи:

• Мощность свинцово-кислотных аккумуляторов пропорциональна скорости разряда. Обычно они рассчитаны на время разряда более 20 часов. Например, аккумулятор на 20 Ач может выдавать 1 А в течение 20 часов, что составляет 20 Ач.
• Емкость аккумулятора снижается примерно на 62%, если он разряжается за 1 час. Например, если та же самая батарея на 20 Ач разряжается за один час, она может выдавать только 12,4 А за один час, что составляет 12.4 Ач. Калькулятор размера батареи снижает характеристики батареи линейно в зависимости от этой характеристики.
• Требуемый размер батареи \ (B_ {свинцово-кислотный} \) для свинцово-кислотных батарей рассчитывается калькулятором размера батареи как:

\ (B_ {свинцово-кислотный} = \ dfrac {100 \ cdot I \ cdot t} {(100-Q) \ cdot (0,02 \ cdot t + 0,6)} \)

, где I — ток в амперах, t — продолжительность в часах, а Q — требуемый оставшийся заряд в процентах.