Расчет и подбор аккумуляторных батарей

Видов аккумуляторов существует множество, но есть основные, которые используются в домашних электростанциях – свинцово-кислотные (SLA), гелиевые (GEL), и литиевые (Li-ion) аккумуляторы. Стоимость последних уже на порядок ниже, чем была несколько лет назад, а примуществ гораздо больше, чем у остальных моделей.

Что такое свинцово-кислотный аккумулятор?

Аккумулятор это короб, который разделен на отсеки сепараторами (перегородками из микропористого пластика). В эти отсеки заливается жидкий электролит, в который погружаются положительные и отрицательные пластины. Между этими пластинами возникает напряжение и протекает ток. Электролит из таких аккумуляторов может испаряться. Такие аккумуляторы необходимо обслуживать (доливать электролит) и не допускать закипания.

Что такое аккумулятор GEL?

Технология GEL состоит в том,  что заполнитель отсеков пропитан не жидким электролитом, а желеобразным гелем. Это добавляет устойчивости к вибрациям, увеличивает срок жизни аккумуляторов при систематическом перемещении их с места на место. В целом срок службы у GEL намного выше, чем у свинцово-кислотных аккумуляторов.

Литий-ионный аккумулятор (Li-ion) — тип электрического аккумулятора, который широко распространён в современной бытовой электронной технике и находит своё применение в качестве источника энергии в электромобилях и накопителях энергии в энергетических системах. Это самый популярный тип аккумуляторов в таких устройствах как сотовые телефоны,ноутбуки, цифровые фотоаппараты, видеокамеры и электромобили..

В чем разница?

GEL и Li-ion технологии существенно выигрывают у классических свинцово-кислотных аккумуляторов по следующим причинам:

— они не требуют обслуживания

— конструкция герметична и безопасна, не выделяет вредных веществ в атмосферу

— существенно больший срок службы при правильной эксплуатации

— вероятность сульфатации (окисления и кристаллизации) пластин АКБ существенно меньше

А теперь, закончив экскурс в википедию, приступим к главному:

Расчет мощности аккумуляторов:

 Количество потребленной электроэнергии измеряется в единицах кВт*ч.

Рассчитать эту единицу очень просто – нужно Емкость умножить на номинальное напряжение

Например:

Максимальное количество запасенной электроэнергии для аккумулятора с номинальным напряжением 12В и емкостью 120Ач будет равно 12В*120Ач=1440Вт*ч=1,44кВт*ч

Эта  цифра показывает, какое количество электроэнергии отдает полностью заряженный аккумулятор. Он например сможет в течении 14 часов питать обычную лампочку 100Вт (100Вт*14часов=1400Вт*ч) или энергосберегающую  лампочку 5Вт в течении 288 часов (5Вт*288часов=1440Вт*ч).

Расчет емкости аккумуляторов:

Здесь все еще проще: для того чтобы рассчитать емкость аккумуляторов, всего-навсего нужно определиться для чего будет использоваться аккумулятор:

1) Если аккумуляторы нам нужны для резервной электроэнергии при отключении электричества, то берем среднее потреь=бление электричетва в час и усножаем на колоичество часов, прогнозируемых без жлектричества. Таким обрахом мы получим емкость аккумуляторов, которая нам необходима. Единственный нюанс, должен все-таки оставаться запас примерно 20-30% — чтобы не допустить полного разряда аккумуляторов.

Пример:

В доме периодически бывает отключение электричества не более чем на 5 часов. В это время в доме необходимо, чтобы работало:  холодильник (средней мощностью 250Вт), светодиодных лампочек в количестве 10 штук (мощностью 5Вт каждая) и телевизора (10Вт). Можно в рассчет добавить и электрический чайник, но так как средняя пощность чайника 1-1,5 киловатт, а пусковой ток в 8-10 раз превышет мощность электроприбора, то мы чайник в рассчет брать не будем.

Считаем:

Холодильник – 250Вт х 5часов=1250 Вт/ч

Лампочки – 10шт х 5Вт х 5часов=250 Вт/ч

Телевизор – 100Вт х 5часов=500 Вт/ч

В сумме получается: 2000Вт/ч + запас в 20%. = 2200 Вт/ч.

Если мы рассматриваем стандартные аккумуляторы номинальным напряжением 12В, то легко рассчитываем нужную емкость – 2200Вт/ч / 12В = 184 Ач

2)      Если аккумуляторы нужны для полностью автономного электроснабжения (например, с использованием солнечных батарей или ветрогенератора) — при отсутствии электричества вообще, то необходимо учесть электропотребление в период отсутствия напряжения от источника (в отсутствии солнца или ветра).  При этом также нужно учесть запас емкости аккумулятора.

При использовании солнечных батарей, в зависимости от места расположения и времени года, доля потребленной суточной электроэнергии в отсутствии солнца варьируется от 30% летом до 90% при полном отсутствии солнечного света зимой.

Исходя из того в какой период времени вы планируете использовать автономную систему, нужно рассчитывать запас емкости аккумуляторов.

Пример:

Семья начинает дачный сезон с весны, когда солнечный день составляет 7-8 часов. Часть этого дня они проводят вне дома, не используя большое количество приборов (в это время идет зарядка аккумуляторов), а в отсутствии солнца – ночью, утром и вечером необходимо чтобы работали: холодильник (круглосуточно) + чайник, свет, телевизор, насос. 

Холодильник – 250Вт

Лампочки – 10шт х 5Вт = 50Вт

Телевизор – 100Вт 

В сумме за сутки получается: 400 Вт х 24 часа = 9600 Вт/ч

Днем аккумуляторы зараяжаются, а за вечернее, ночное и утреннее время, в среднем уходит около 70% от суточного потребления.

Следовательно, рассчитываем нужную емкость:

9600 Вт/ч * 70% = 6700 Вт/ч – это необходимое количество энергии.

Исходя из этого нужная емкость аккумуляторов будет равна:

6700 Вт/ч / 12В = 558 Ач, а если учесть, что аккумуляторы не должны разряжаться полностью, и им необходим запас мощности хотя бы 20%, получаем около 700Ач емкости аккумуляторов.

Данный рассчет является примерным и укрупненным, потому как лампочки круглые сутки гореть не будут, телевизор тоже не будет работать круглосуточно, а вот на холодильник необходимо оставить запас мощности.

На работу одного только холодильника необходимо:

250Вт х 24 часа = 6000 Вт/ч,

следовательно, 6000 / 12 = 500Ач — это емкость аккумуляторов для одного только холодильника.

В общем — больше всего емкости необходимо для холодильника, если все-же без него можно обойтись (хотя сомневаюсь), то затраты на аккумуляторы будут гораздо ниже.

О том как подобрать контроллер заряда для солнечных батарей, вы можете прочитать здесь.

zabteplo.ru

Расчет емкости аккумуляторной батареи — Новые Системы и Альтернативы

Емкость аккумулятора – важный параметр для расчета мощностей автономной солнечной системы. Его значение высчитывают перед покупкой оборудования.

Выбор аккумулятора напрямую зависит не только от суточной нормы потребления энергии, но и от того, с какой интенсивностью предполагается их использовать. Это может быть постоянный режим эксплуатации (цикличный, когда происходит регулярный заряд/разряд батареи) или буферный режим (резервный), который подает энергию в домашнюю сеть, если внешняя сеть отключена.

Если работа аккумулятора будет продолжаться постоянно, лучше всего использовать гелевые батареи и батареи с жидкими электролитами. Для резервного питания подходят кислотные аккумуляторы.

Не важно, купили вы аккумулятор или еще стоите перед выбором, в любом случае, обратите внимание, что герметичные необслуживаемые батареи (те, в которые не нужно периодически доливать воду и электролиты для восполнения ресурса) рекомендуется разряжать не более чем на 40%, стартерные батареи подразумевают использование не более 50% от всей накопленной энергии.

Срок службы каждого аккумулятора рассчитан на выполнение определенных циклов «заряд/разряд». К примеру, разрядка аккумулятора на 30% обеспечивает производительность батареи, равную 1000 циклам. При разрядке на 70% аккумулятор выполняет 700 циклов. Разрядка на 100% способна и вовсе выбить аккумулятор из строя после выполнения незначительного количества циклов.

Расчет запаса энергии аккумулятора

Рассчитать необходимый запас энергии от аккумуляторной батареи, требуемый для обеспечения работы определенных или всех приборов в доме, можно самостоятельно по следующей формуле:

P (Втч) = R (Ач) x U (В)

где P – необходимый запас энергии, R – номинальная емкость аккумулятора, U – напряжение.

Поскольку батарею не желательно разряжать полностью, нужно учесть это в расчетах. Для этого определяют количество энергии, которую можно использовать от полного запаса, в процентах и выводят коэффициент со значением от 0,9 до 0,1. Если взять средне-оптимальный вариант разряда до 30%, тогда следует умножить результат из расчета по формуле на коэффициент глубины разряда 0,7.

Но аккумуляторная батарея может состоять из нескольких соединенных между собой аккумуляторов. Чтобы узнать емкость всей аккумуляторной цепи, нужно умножить результат на количество подсоединенных друг к другу аккумуляторов. Если в одну цепь последовательно подсоединены устройства с разной емкостью, такой аккумулятор может плохо работать и, в конце концов, выйдет из строя. Поэтому такой момент в расчет брать не стоит.

Впрочем, алгоритм расчета зависит от того, каким способом соединены аккумуляторы – параллельно или последовательно. При параллельном соединении суммируются значения мощности каждого устройства, при последовательном (цепном) соединении – значения напряжений.

Расчет количества аккумуляторов для батареи

С помощью формулы, приведенной в параграфе выше, можно вычислить не только общую емкость, но и количество аккумуляторов, необходимое для выработки нужного объема электроэнергии. Такие расчеты выполняют последовательно. Сначала высчитывают емкость, затем количество.

Допустим, что запас требуемой энергии и напряжение нам известно. Неизвестной переменной становится R – емкость аккумуляторной батареи, способная обеспечить необходимое количество электричества.

Соответственно, вычислить емкость батареи можно, зная требуемый запас энергии и необходимое входное напряжение, можно по следующей формуле:

R = P/(U x k)

Приведем пример. Предположим, что нам необходим запас энергии 5000 Втч, 12 В напряжения, и мы можем себе позволить потребление 70% от общего заряда аккумулятора.

R = 5000/(12 x 0,7) = 595 Ач

Значит, для выработки энергии 5000 Втч необходимо 6 аккумуляторов с емкостью 100 Ач или, например, 10 аккумуляторов с емкостью 50 Ач. Это может быть 3 аккумулятора с емкостью 200 Ач и так далее.

Влияние рабочих условий на разряд аккумулятора

Нужно понимать, что на разряд аккумулятора мало влияет напряжение тока. То есть, если показатель напряжения низкий, к примеру, около 9В, и разрядка происходит медленно под воздействием слабого тока, это не означает, что батарея не может разрядиться на 100%.

Помимо прочего необходимо учитывать и температуру среды, в которой содержится аккумулятор. У разных моделей есть свои особенности. Стартерные аккумуляторы и батареи типа AGM сильнее подвержены воздействию низких температур. При падении до 0 градусов емкость таких моделей может быть сокращена вдвое.

Повышение температуры более +25 градусов также неблагоприятно влияет на работу аккумуляторов и сокращает срок их службы. В случае с высокими температурами помогает естественный обдув аккумуляторов.

Вычисление емкости аккумулятора и необходимого запаса энергии без ущерба сроку службы батареи – задача не из простых. Однако необходимо произвести расчеты грамотно, чтобы получать от солнечной системы удовлетворение и экономию, а не проблемы.

Если вы затрудняетесь выполнить расчеты самостоятельно или просто не хотите заниматься этим трудоемким делом, обратитесь в компанию «НСиА». Мы не только вычислим емкость батареи, но и посоветуем, какой аккумулятор купить в Краснодаре. И даже предложим выгодные варианты из нашего магазина. Мы продаем только качественное оборудование от производителя, востребованное на рынке ввиду больших преимуществ и положительных отзывов покупателей.

nsia-energy.ru

На сколько хватает аккумулятора (рассчет времени работы)

При установке видеонаблюдения или аварийного освещения необходимо заранее рассчитать, на сколько хватит подключенного к системе аккумулятора. Время автономной работы в первую очередь зависит от емкости батареи. А вот зависимость от тока потребления приобретает обратно пропорциональный характер. Можно рассчитать, на сколько хватит аккумулятора, зная его емкость.

Время разряда батареи в зависимости от тока нагрузки

В аккумуляторных источниках емкость указывается из расчёта того, сколько АКБ может выдавать тока в стандартный промежуток времени. В том случае, если в специфике источника это время не указано, то в основном берется 20 часов. Например, если на АКБ емкость указана как 200 А*ч, то это можно расшифровать как то, что батарея способна питать током 10А на протяжении 20 часов.

Интересно то, что подобный расчёт времени работы аккумулятора применим не для большой нагрузки. В случае батарей была замечена необычная закономерность. Она заключается в невозможности отдавать большой процент емкости при большей нагрузке. Таким образом, получается, что при увеличении тока нагрузки уменьшается процент отдачи емкости со стороны АКБ. Например, источник в 200 А*ч будет выдавать ток в 200А на протяжении 15-30 минут, но никак не полноценного часа.

Интересный факт! Емкость АКБ, который разряжен большой нагрузкой, никуда не девается, а остается в батарее. Например, если батарея в 100 А*ч разряжена на 50А, то при ее заряде она потребит где-то 50 А*ч. Но, если оставить ее на некоторое время, то емкость восстановится за счет диффузии ионов в электродах источника.

Такой эффект связан с тем, что ток в аккумуляторе протекает под воздействием ионной проводимости. Если в электролите проводимость на достаточно высоком уровне и при этом не несет особых значений, то перенос ионов в пластинах АКБ и преодоление переносчиками фазового раздела из электрода и электролита будет происходит медленно. Другими словами, если батарея будет быстро разряжаться, некоторые ионы просто не будут успевать выйти в электролит из электрода или преодолеть это расстояние в обратном порядке за время разряжения. Именно это и будет ограничивать емкость аккумулятора при быстром разряде.

Такая анормальность была давно замечена. И для расчёта времени разряда используют куда более емкие формулы, в которые внесены поправки на такой эффект.

Методы расчета времени работы

Экспонента Пекерта

Для того, чтобы рассчитать время работы АКБ, стоит воспользоваться формулой Пекерта:

В формуле используются следующие обозначения величин:

1. Т – временной промежуток, ч.
2. С – коэффициент, вычисленный Пекертом, который обозначает емкость батареи при разряжении током величиной в 1А.
3. I – ток, при котором совершается разряд.
4. N – Экспонента Пекерта.

Экспонента в некоторых случаях сразу же указывается в документации или характеристиках аккумулятора.  Она рассчитывается на основе данных с-рейтинга АКБ, т.е. емкости в разных временных промежутках разряда. Коэффициент Пекерта можно рассчитать самостоятельно по формуле:

Здесь R обозначает часовой рейтинг присущий емкости.

Формула Пекерта помогает максимально точно рассчитать время работы автономного источника питания.

Простая формула

Чтобы рассчитать, насколько хватит аккумулятора, можно использовать следующую формулу:

В ней используются следующие обозначения:

1. Е – емкость используемого АКБ, А*ч.
2. U – напряжение.
3. Р – мощность нагрузки, Ватт.

Данная формула сильно упрощена. Ее можно использовать, чтобы быстро рассчитать примерное время (5-15 часов разряда) того, сколько будет работать источник. В этом уравнении нет поправок на снижение отдачи энергии батареи во время короткого разряда и увеличение этого же показателя на длительных периодах. Также здесь не учтены коэффициенты, которые позволяют дать максимально точные данные.

В случае с простым способом расчёта есть и более совершенная формула:

В ней используются такие обозначения, как:

1. Т – время, на протяжении которого может работать источник питания, ч.
2. U – Напряжение АКБ, Ватт.
3. С – емкость аккумулятора, А*ч.
4. К – количество используемых батарей для питания.
5. H – Коэффициент полезного действия, применимый к преобразователю. Его показатели равняются 0.75-0.9, и довольно часто изменяются, так как показатель зависит от нагрузки.
6. К1 – коэффициент задающий глубину разряда источника 0.8-0.9. Рекомендуется использовать меньшее значение (т.е. 80%).
7. К2 – показатель доступной емкости.
8. Р – мощность от нагрузки.

Такая формула позволяет посчитать более точное время работы автономного источника питания, но для более длительных разрядов от 60 минут. На непродолжительном разряде полученные данные будут сильно разниться с реальными показателями из-за наличия нелинейной функции разрядов в кислотно-свинцовых батареях.

Расчет по таблицам из спецификаций АКБ

Способ расчета времени работы аккумулятора по таблицам из спецификаций батарей позволяет получить точные результаты. Этот метод выяснения времени, сколько может работать АКБ делится на три этапа.

Вычисление полной мощности аккумулятора, от потребляемой мощности нагрузки на АКБ

В формуле применяются такие обозначения, как:

• Р1 – мощность, кВт;
• Соs(φ) – характеристика на коэффициент мощности;
• К – степень прилагаемой нагрузки ИБП;
• КПД инвертора.

Например, если взять ИБП мощностью в 120 кВт, который работает при нагрузке в 70%. А коэффициент мощности в 0.8, то получится следующий расчёт:

Именно такая нагрузка и пойдёт на ИБП при питании источника устройства от аккумулятора.

Расчеты нагрузки только на один АКБ

На этом этапе важно перерассчитать нагрузку именно на одну батарею. Потому что обычно в больших источниках бесперебойного питания используются несколько батарей, соединенных последовательно. Количество АКБ может варьироваться до 40 штук.

Формула для вычисления нагрузки на одну батарею при условии, что в цепочке 40 штук выглядит так:

Достаточно просто разделить предыдущий результат на количество элементов в цепи. Также в дата-листах АКБ указывают мощность только на один элемент, которых, как правило, 6 штук в 12В батареях. Из этого следует, что нагрузка примет такое значение:

Где Рэл – это мощность одного элемента.

Просмотр и изучение разрядных таблиц аккумуляторов и последующий подбор подходящего элемента

Базовой характеристикой каждой батареи считается ее энергоподача. Этот показатель указывает на количество выдаваемой мощности АКБ в определенный временной промежуток. В характеристических таблицах ориентиры идут на глубину разряда. Таблицы выглядят следующим образом:

Для примера были взяты две таблицы аккумулятора Дельта из двух серий. В ходе вычисления была выявлена нагрузка в 298Вт.  По таблицам видно, что первый источник выдержит нагрузку почти 14 минут, а второй — 16. Очевидно, что выбор лучше делать на второй аккумулятор.

Проведение реальных разрядов

Самые точные показатели дает проверка проведением реальных разрядов. Но эта процедура очень длительная. Также не стоит забывать, что АКБ приобретает максимальную ёмкость только на 10 цикле заряд-разряд.

Заключение

Узнать насколько хватает аккумулятора для питания той или иной техники достаточно просто. Формулы весьма легкие. Также существуют специальные калькуляторы, в которые достаточно вбить все необходимые данные.

batteryzone.ru

Расчет автономной работы потребителя от аккумуляторов. Калькуляторы

Как правильно и корректно рассчитать время автономии, которое необходимо получить для вашего потребителя?

Для простоты мы сделали калькуляторы расчета:

А теперь представим алгоритм расчета:

1) Определяем совокупную мощность нагрузки и постоянный ток разряда.

2) Вычисляем необходимую емкость аккумулятора для заданной автономии.

3) Определяем тип аккумулятора

Пример

Дано: две светодиодные ленты мощностью по 10Вт и работающие от 12В. Необходимая автономия: 10ч. Срок службы: год при ежедневной эксплуатации. Условия эксплуатации: постоянная комнатная температура 20 градусов.

Найти: минимально допустимые и оптимальные аккумуляторы для решения задачи.

Решение

1) Совокупная мощность W=10Вт*2=20Вт. Постоянный ток разряда: I=20/12=1.67A. Для точных расчетов желательно померить ток потребления при помощи мультимера.

2) Для определения необходимой емкости следует пройти по пунктам:

а) Для того, чтобы продержать нагрузку на таком токе разряда необходимо определить минимальную расчетную емкость АКБ: 1,67*10=16,7Ач.

б) Нужно иметь ввиду, что емкость аккумуляторных батарей указывается производителями исходя из определенного времени разряда. Обычно это 10 часов. Но некоторые производители указывают 20 часов. Тут нам поможет спецификация по АКБ, которую можно взять на нашем сайте. Посмотрим спецификацию Delta DTM 1226:

Разрядные характеристики ближайшего планируемого АКБ

В нашем случае, время работы от АКБ 10 часов, значит мы можем считать емкость равной номинальной. Однако, если в задаче стоит 5 часов, то нужно делать поправку на то, что при таком времени разряда емкость АКБ будет ниже (умножаем ток разряда на часы – 4,8А*5ч=24Ач вместо 28).

в) Далее, нужно учитывать кол-во циклов заряда-разряда, на который мы проектируем систему (из спецификации):

Расчётное количество циклов

В задаче мы можем видеть, что планируемое кол-во циклов у нас 365. Ориентировочная предельная глубина разряда в нашем случае – около 57%. Желательно взять с запасом, будем рассчитывать на 50% разряд (реальные условия эксплуатации отличны от идеальных лабораторных условий).

Таким образом, вводим поправку 0,5: 16,7/0,8=33,4Ач.

г) В случае, если мы имеем дело с отличной от оптимальной температурой эксплуатации (25градусов), необходимо водить поправочный коэффициент, который тоже можем взять из спецификации:

Влияние температуры на емкость аккумулятора

Так при температуре 10 градусов следует ввести коэффициент 0.9, т.е. ещё +10% к расчётной емкости.

3) В случае, если нам необходимы долгие режимы разряда – следует обратить внимание на серии AGM аккумуляторов популярных на российском рынке производителей:

• У АКБ Delta – серия DTM
• У CSB – GP
• У BB Battery  – BC

В случае, если разряд производится высокими токами, но короткое время:

Это АКБ оптимизированы на высокую энергоотдачу, хотя и для долгих разрядов они подходят не хуже (они просто дороже). Аккумуляторы по технологии GEL не совсем оптимальны для данной задачи, т.к. заметно дороже, а глубокий разряд хоть и допустим, но резко снижает срок службы.

Ответ: минимально: Delta DTM 1233 (33Ач), оптимально: Delta DTM 1240 (40Ач), либо аналоги.

Похожая статья про способы расчета в нашем блоге: https://tok-shop.ru/tok-blog/time-ups-akb/

tok-shop.ru

Время разряда аккумулятора в зависимости от тока нагрузки

Я, в общем, дилетант в электротехнике, поэтому прощу прощения за неточности, если они есть, а ниже изложено то, что я могу сказать по поводу времени разряда аккумулятора, потратив на это несколько часов чтения материалов из Интернета. Итак,

Емкость аккумулятора довольно часто указывают в амперчасах, ну или в миллиампер часах.
Казалось бы, все просто — есть, у тебя скажем аккумулятор емкостью (C) 800 миллиамперчасов и устройство с током потребления (I) в 100 миллиампер, значит, по формуле
,
он может обеспечить работу этого устройства на протяжении восьми часов. Так?

Конечно же, не совсем так. Количество электроэнергии, которое можно извлечь из аккумулятора, зависит от тока разряда аккумулятора. То есть при слишком большом токе разряда аккумулятор разряжается очень быстро и отдает меньше электроэнергии. Эффект этот был замечен довольно давно, но первым, кто попробовал учесть его количественно, был Пекерт (Peukert), который модифицировал формулу, внеся показатель, который теперь называют экспонента Пекерта (Peukert’s exponent).

По Пекерту, время разряда аккумулятора равно
,
где n — экспонента Пекерта.
Сp — емкость Пекерта, то есть емкость аккумулятора, измеренная при токе разряда в 1 ампер.
I — ток разряда, для которого делается расчет.

Значение экспоненты Пекерта определяется экспериментально. Оно зависит от типа аккумулятора и даже от его возраста. Обычно значение экспоненты Пекерта лежит в диапазоне от 1.1 до 1.3. Чем она меньше, тем лучше, конечно же.
Для некоторых аккумуляторов производитель его указывает, но это бывает довольно редко. Чаще можно встретить в спецификации данные по емкости аккумулятора для разного времени разряда. Этого в принципе достаточно, чтобы вычислить значение экспоненты Пекерта самому. Калькулятор ниже делает это.

Экспонента Пекерта

Точность вычисления

Знаков после запятой: 2

Экспонента Пекерта

 

save Сохранить share Поделиться extension Виджет

Разберемся теперь с емкостью Пекерта; как уже сказано выше, это емкость, или количество электроэнергии, которое может отдать этот аккумулятор при токе разряда в 1 ампер.
Емкость, указанная на аккумуляторе, это, конечно же, не оно. Это емкость, полученная при токе разряда, соответствующем какому-либо значению C-рейтинга (C-Rate).
Емкость с рейтингом 1С, это емкость, получаемая от аккумулятора при разряде его током, соответствующим этой же емкости. То есть 1000 миллиапмерчасов с рейтингом 1С означает, что данный аккумулятор способен обеспечивать ток в 1000 миллиампер в течении 1 часа. Емкость с рейтингом 0.05С это емкость, получаемая от аккумулятора при разряде его током, соответствующим 0.05 емкости. То есть 1000 миллиамперчасов с рейтингом 0.05С означает, что данный аккумулятор способен обеспечивать ток 50 миллиампер в течении 20 часов. Как уже можно догадаться, из-за эффекта Пекерта такой аккумулятор не сможет обеспечить 1000 миллиампер в течении часа. Время будет меньше.
Так вот, некоторые производители указывают C-рейтинг своего аккумулятора. Иногда как C-рейтинг, например, 0.05C или , иногда как «100 Амперчасов за 20 часов». А некоторые производители — не указывают. Наиболее частым значением в этом случае является рейтинг 0.05С () или «за 20 часов». То есть можно смело рассчитывать на 20 часов работы, но при токе в 20 раз меньше тока, соответствующего указанной емкости.

Зная этот рейтинг, можно перейти от емкости, указанной на аккумуляторе, к емкости Пекерта, и использовать ее для расчета.
Емкость Пекерта в этом случае равна
, где
С — емкость аккумулятора
R — рейтинг выраженный в часах, соответсвующий данной емкости, например, 20.
n — экспонента Пекерта
Подробнее можно почитать здесь. Там еще много интересного про формулу Пекерта есть.

Зная емкость, рейтинг в часах, ток нагрузки и экспоненту Пекерта можно рассчитать время разряда. Калькулятор ниже делает это для разного процента разряда.

Зачем нужен процент разряда? Дело в том, что для многих типов аккумуляторов невозможно извлечь всю запасенную энергию, не повредив фатально при этом сам аккумулятор. Это зависит от химии аккумулятора. Поэтому обычно производители указывают допустимую глубину разряда (Depth of Discharge, DOD). Например, если указана глубина разряда 20% (это верно для большинства автомобильных аккумуляторов, кстати), то сильно не рекомендуется использовать более 20% мощности батареи. Иногда даже указывают допустимую дневную норму разряда.

Время разряда батареи в зависимости от тока нагрузки

Номинальная емкость батареи, Ампер час

Время работы для номинальной емкости, часы

Точность вычисления

Знаков после запятой: 3

Емкость Пекерта, Ач

 

Номинальный ток разряда, А

 

save Сохранить share Поделиться extension Виджет

Из всего вышеизложенного понятно, что при малых токах потребления аккумулятор может обеспечить большее время работы. Это, в принципе так. Но не стоит доводить до крайностей — нельзя взять аккумулятор большой емкости, подключить к нему небольшую нагрузку и рассчитывать, что он сможет работать практически вечно 🙂
Тут в дело вступают уже другие эффекты, например, эффект саморазряда аккумулятора. NiMH аккумуляторы теряют саморазрядом до 30% заряда за месяц.

Поиграться с зависимостью времени работы от тока можно с калькулятором ниже.

Время разряда батареи в зависимости от тока нагрузки

Номинальная емкость батареи, Ампер час

Время работы для номинальной емкости, часы

Точность вычисления

Знаков после запятой: 3

Номинальный ток разряда, А

 

Емкость Пекерта, Ач

 

Зависимость времени разряда от тока нагрузки

planetcalc.ru

Как рассчитать аккумуляторную батарею (1 вариант простой)

Для расчета ёмкости аккумуляторной батареи нужно знать напряжение, ток нагрузки и время резервирования. Чтобы получить числовое значение емкости АКБ, нужно произведение тока в нагрузке и времени резервирования разделить на коэффициент 0,8 (батареи с течением срока службы теряют в емкости).

Например: Uн = 48В (напряжение в нагрузке) Iн = 3А (нагрузочный ток) Tрез = 8 часов (время резервирования) C = Iн х Tрез / 0,8 С = 3 х 8 / 0,8 = 30 Ач. Таким образом, необходима аккумуляторная батарея емкостью не менее 30 Ач.

Можно взять Sonnenschein A412/32.0 G6. Так как аккумулятор 12-вольтовый, а необходимо обеспечить бесперебойное питание нагрузки напряжением 48В, таких батарей потребуется 4 шт, соединенных между собой последовательно перемычками.

Расчет аккумуляторных батарей (2 вариант технологический)

а) Находим число элементов в аккумуляторной батарее по формуле:

,

где номинальное напряжение на элементе принимается равным U_эл.ном=2В, а потери в ТРС равны(см. п.8 раздела 2.5). ЧислоN_ЭЛ округляется до целого числа в большую сторону.

б) Проверяем минимально допустимый уровень напряжения при разряде АБ с учетом минимального уровня напряжения на одном элементе, которое определяется по графикам рис.14.

Рисунок 14 — Конечное напряжение в зависимости от температуры

где — установившееся отклонение выходного напряжения согласно п. 9 раздела 2.5. В противном случае необходимо добавить один элемент в ряду.

Напряжение конвертора ВДК (схема рис.3)

Рисунок 3 – Буферная система электропитания с ВДК

определяется выражением:

.

Из таблицы 9 выбираем типовой ВДК с учетом тока нагрузки I₀и выходного напряжения ВДК, определяем их количество (параллельно работающих и один резервный). Число параллельно работающих конверторов не ограничено.

Таблица 9 – Параметры ВДК

тип конвертора	Номинальное напряжение на нагрузке, В	Выходное напряжние, В	Входное напряжние, В	Выхоной ток, А	Максимальная выходная мощность, Вт	кпд
КУВ 6/100	24	0,5…6,0	19,2…29	10…100	600	0,5
КУВ12/100	60	1,0…12	48…66	10…100	1200	0,7
КУВ14/100	61,5	1,0…14	47,5…66	10…100	1400	0,72

в) Находим необходимую емкость аккумуляторов, приведенную к условному 10 — часовому режиму разряда и температуре среды 20^оС:

, (Aч)

где ток разряда равен сумме максимального тока нагрузки (I₀) и тока аварийного освещения (I_ОСВ):I_р=I₀+I_ОСВ. Значения коэффициента отдачи по емкостиh_Qприведены в таблице 10.

Таблица 10 – Коэффициент отдачи АБ по емкости

tр ,ч	10	9	8	7	6	5	4	3	2	1
hQ	1	0,97	0,94	0,91	0,89	0,83	0,8	0,75	0,61	051

— 35-

г) По таблицам П.1, П2 выбираем соответствующий 10-часовому режиму разряда аккумулятор по ближайшему большему значению номинальной емкости и номинальному напряжению. Последовательно можно включать только элементы или блоки одинакового типа и емкости.

Таблица П 1 — Стационарные кислотные аккумуляторы для ИПБ и телекоммуникаций

studfiles.net

Расчет времени автономной работы ИБП от аккумуляторов

Как профессионально и точно рассчитать время автономной работы бесперебойника или других потребителей от аккумуляторных батарей?

Точный расчет времени автономной работы от аккумулятора при помощи математических выкладок занятие нетривиальное. В связи с этим, мы упростили задачу, реализовав алгоритм расчета в  калькуляторах:

Однако давайте рассмотрим подходы к определению времени автономной работы.

1) Простая формула

Т = E • U / P

где:

• Е — емкость аккумулятора в Ач
• U — напряжение
• P — мощность нагрузки в Вт.

Это сильно упрощенная формула, которая дает очень приблизительный результат при разрядах в диапазоне 5-15 часов. Подходит для того, чтобы быстро в уме прикинуть время автономии. Алгоритм не учитывает снижение энергоотдачи АКБ на коротких разрядах и увеличение на длинных, а также различные коэффициенты.

Существует усовершенствованная формула с коэффициентами:

Т = Uаб * Сак * К * h * Кр * Кg / Рнагр

где:

• Т – время автономной работы источника бесперебойного питания, ч;
• Uаб – напряжение аккумуляторной батареи, В;
• Сак емкость аккумуляторной батареи, Ач;
• К – количество аккумуляторов в цепи;
• h – КПД преобразователя (h=0,75-0,9), часто меняется от величины нагрузки;
• Кр – коэффициент глубины разряда 0,8 –0,9 (80%-90%), следует считать 80%;
• Кg – коэффициент доступной емкости (зависит от режима разряда и температуры, см. характеристики АКБ )
• Рнагр – мощность нагрузки.

Этот алгоритм даёт относительно точные результаты, но для длительных разрядов от 1 часа и выше. На коротких разрядах результаты могут быть сильно искаженными из-за нелинейной функции разряда свинцово-кислотных АКБ. Похожий метод мы использовали в статье Расчет автономной работы потребителя от аккумуляторов.

2) Формула Пекерта

T=Cp/I^ⁿ

где:

• T – время в часах
• Cp  – емкость Пекерта (ёмкость АКБ при разряде током 1А)
• I – ток разряда
• n – экспонента Пекерта

Экспонента Пекерта иногда указывается в характеристиках АКБ, и рассчитывается она на основании данных C-рейтинга аккумулятора (емкость на разном времени разряда). Емкость Пекерта рассчитывается по формуле – Ср=R(C/R)^n (R – рейтинг в часах, соответствующий данной емкости, например, 10).

На базе этой формулы с учетом КПД инверторов и глубины разряда основаны наши калькуляторы. Они с высокой точностью рассчитывают время автономии как на коротких, так и на длинных разрядах.

3) Расчет по таблицам из спецификаций АКБ

Профессионально и точно можно рассчитать время автономии используя разрядные таблицы аккумуляторов. Опишем алгоритм по шагам:

Шаг 1. Расчет полной мощности в мощность нагрузки на аккумуляторы

Ракб= (Pнагр*cos(φ)*Кнагр)/КПДинв

где:

• Pнагр – мощность в кВа
• cos(φ) – характеристика коэффициент мощности (характеристика нагрузки)
• Кнагр – степень загрузки ИБП
• КПДинв – коэффициент полезного действия инвертора

Для примера возьмем ИБП мощностью 120кВа работающий на нагрузке 70% с коэффициентом мощности 0.8:

Ракб= (120000*0,8*0,7)/0,94=71  489Вт  — именно эта нагрузка ляжет на весь аккумуляторный банк при питании ИБП от АКБ.

Шаг 2. Расчет нагрузки на один аккумулятор

Пересчитаем нагрузку на один АКБ. Как правило, в крупных ИБП аккумуляторы соединяются последовательно кол-вом 32-40шт. Для расчета нагрузки на на одну батарею при 40АКБ:

71  489Вт/40=1  788Вт.

В дата-листе аккумуляторов как правило указывается мощность на элемент (Pэл), которых 6шт. в 12В АКБ. Следовательно:

Pэл = 1788/6 = 298Вт.

Шаг 3. Изучение разрядных таблиц батарей и подбор.

В статье Как правильно выбрать аккумулятор для ИБП мы рассматривали подвиды аккумуляторов в разрезе различного целевого использования. Одна из базовых характеристик – это энергоотдача, т.е. сколько способен отдать мощности АКБ за определенное время.

Давайте посмотрим разрядные таблицы 100Ач аккумуляторов Delta двух различных серий.

Delta DTM 12100 l:

Delta HRL 12100:

Напомним, что наша нагрузка на элемент 298Вт. Глубина разряда – 10,8В или 1,80В на элемент.  Таким образом, из данных таблиц, можно сделать вывод, что DTM 12100 l продержит нагрузку около 13,8 минут (можно считать пропорционально, искажения минимальны), Delta HRL 12100 – 16,3 мин. разница порядка 15%. Кстати, разница в цене приблизительно аналогична.

4) Проведение реальных разрядов

Конечно, идеальным является проведение реальных разрядных тестов. Необходимо учитывать, что аккумуляторы набирают максимальную емкость к 10-му циклу заряда-разряда.

 

 

tok-shop.ru