калькулятор віку

Ємність акумулятора вимірюється в ампер-годинах (А·год) або ват-годинах (Вт·год). А·год вказує на те, який струм акумулятор може видавати протягом однієї години.

Вт·год = А·год × Напруга дає загальний запас енергії.

Для автономних сонячних систем розраховуйте акумулятори на 2-3 дні автономності. Враховуйте глибину розряду (DoD) для захисту терміну служби батареї.

Літієві акумулятори пропонують вищий DoD, ніж свинцево-кислотні.

Час роботи акумулятора в годинах дорівнює корисній енергії у ват-годинах, поділеній на потужність навантаження у ватах: Час роботи = (А·год x В x DoD) / Потужність навантаження (Вт). Спочатку переведіть ємність в енергію за формулою Вт·год = А·год x В, потім помножте на частку глибини розряду, щоб отримати корисну енергію.

Наприклад, літієвий акумулятор 100 А·год 12 В зберігає 100 x 12 = 1200 Вт·год; при 80% DoD корисною є 960 Вт·год, тому навантаження 200 Вт працюватиме 960 / 200 = 4,8 години.

Ват-година — це одиниця енергії, що дорівнює 3600 джоулям, згідно з Міжнародною системою одиниць (SI), яку підтримують NIST та BIPM. Реальний час роботи є коротшим, якщо врахувати втрати на інверторі та перетворенні.

Ампер-години (А·год) та міліампер-години (мА·год) вимірюють ємність електричного заряду, тоді як ват-години (Вт·год) вимірюють енергію. Одна А·год дорівнює 1000 мА·год і представляє струм в один ампер, що утримується протягом однієї години, що дорівнює 3600 кулонам заряду.

Оскільки сам по собі заряд ігнорує напругу, Вт·год є більш значущою одиницею енергії: Вт·год = А·год x В. Ампер є однією з семи базових одиниць SI, визначених BIPM, а джоуль (1 Вт·год = 3600 Дж) — це узгоджена одиниця енергії SI згідно з NIST.

Саме тому повербанк на 10 000 мА·год при 3,7 В має лише 37 Вт·год, а для справедливого порівняння двох акумуляторів потрібно перевести обидва у ват-години, а не покладатися лише на мА·год.

Щоб перевести ампер-години у ват-години, помножте ємність в А·год на номінальну напругу акумулятора: Вт·год = А·год x В. Акумулятор на 50 А·год при 24 В зберігає 50 x 24 = 1200 Вт·год.

Щоб виконати зворотний переклад, поділіть енергію на напругу: А·год = Вт·год / В. Для мА·год спочатку розділіть на 1000, щоб отримати А·год, тобто елемент на 5000 мА·год при 3,7 В містить (5000 / 1000) x 3,7 = 18,5 Вт·год.

Khan Academy та HyperPhysics (Університет штату Джорджія) розглядають це як співвідношення електричної потужності P = VI, інтегроване за часом, що дає енергію = напругу x заряд. Завжди використовуйте номінальну напругу, а не напругу повністю зарядженого пристрою, для реалістичного порівняння різних типів хімії.

Щоб визначити розмір акумуляторного блоку, розділіть добову потребу в енергії на корисну частку та системну напругу, а потім масштабуйте з урахуванням днів автономності: Необхідна А·год = (Добова Вт·год x Дні) / (DoD x В x Ефективність).

Припустимо, вам потрібно 2000 Вт·год на день, ви хочете 2 дні резервного живлення та використовуєте свинцево-кислотну батарею на 12 В при 50% DoD з ефективністю системи 90%: (2000 x 2) / (0,5 x 12 x 0,9) = 4000 / 5,4 = приблизно 741 А·год. Літієві батареї при 80% DoD потребують набагато меншої ємності для такого ж навантаження.

Міністерство енергетики США рекомендує здійснювати розрахунок з урахуванням місцевих сонячних годин та найгірших похмурих періодів, а також округлювати значення в бік стандартних номіналів акумуляторів.

Час заряджання в годинах приблизно дорівнює ємності акумулятора в ампер-годинах, поділеній на струм зарядного пристрою в амперах, з урахуванням ефективності: Час заряджання = А·год / (А зарядного пристрою x Ефективність). Розряджений акумулятор на 100 А·год із зарядним пристроєм на 10 А та ефективністю заряджання 85% заряджається приблизно 100 / (10 x 0,85) = 11,8 години.

Літієві акумулятори зазвичай використовують зарядку постійним струмом із подальшою постійною напругою (CC-CV), тому останні 10-20% заряду сповільнюються і займають більше часу, ніж свідчить лінійний розрахунок.

Стандарти акумуляторів IEC та IEEE визначають безпечні швидкості заряду як швидкість C-rate; заряджання при 0.5C (половина ємності в амперах) є делікатнішим і продовжує термін служби циклу порівняно з агресивним швидким заряджанням 1C.

C-rate виражає струм заряду або розряду відносно ємності:

• швидкість 1C повністю заряджає або розряджає акумулятор за одну годину
• 0.5C займає дві години
• 2C займає 30 хвилин

Струм дорівнює C-rate x ємність, тому 2C для елемента на 50 А·год становить 100 А. Вищі показники C-rate генерують більше внутрішнього тепла та просідання напруги, зменшуючи ефективну ємність і прискорюючи деградацію — поведінка, яку описує ефект Пейкерта для свинцево-кислотних акумуляторів.

HyperPhysics і Battery University зазначають, що виробники оцінюють ємність за певної швидкості розряду (часто 0.05C або 20-годинний тариф), тому відбір струму швидше за цей рейтинг дає менше корисної енергії, ніж зазначено на етикетці.

З'єднання акумуляторів послідовно додає їхню напругу, тоді як ємність в А·год залишається незмінною; з'єднання паралельно додає ємність, тоді як напруга залишається незмінною.

Чотири акумулятори 12 В 100 А·год, з'єднані послідовно, дають 48 В 100 А·год (4800 Вт·год), тоді як ті самі чотири акумулятори, з'єднані паралельно, дають 12 В 400 А·год (також 4800 Вт·год) — загальна енергія в обох випадках однакова. Послідовно-паралельні комбінації задають і цільову напругу, і ємність.

Це підпорядковується тим самим правилам, що й резистори та елементи в електричних колах, описаним Khan Academy та HyperPhysics. Завжди підбирайте однакові тип, вік і стан заряду акумуляторів у групі, оскільки невідповідні елементи спричиняють нерівномірний розподіл струму, перезаряджання та передчасний вихід з ладу.

Розрахунки акумуляторів лежать в основі багатьох систем:

• підбір ємності ДБЖ для резервного живлення серверів
• проєктування автономних сонячних систем та сонячних станцій для автофургонів (RV)
• оцінка запасу ходу електромобіля за енергією акумуляторної батареї
• вибір повербанків для подорожей
• проєктування медичного або суднового резервного живлення

Для ДБЖ час роботи = (Вт·год батареї x глибина розряду x ККД інвертора) / потужність навантаження Вт показує, скільки часу обладнання протримається під час вимкнення світла. Запас ходу електромобіля приблизно дорівнює енергії батареї в кВт·год, поділеній на витрату в кВт·год на милю, тому батарея на 60 кВт·год при витраті 0,3 кВт·год/милю забезпечує близько 200 миль пробігу.

Encyclopaedia Britannica зазначає, що висока щільність енергії літій-іонних акумуляторів (на одиницю маси та об'єму) є причиною того, чому вони домінують у портативних та автомобільних застосуваннях, де важливі вага й простір.

Найпоширеніша помилка — порівнювати акумулятори лише за мА·год, ігноруючи напругу: завжди переводьте у ват-години (Вт·год = А·год x В) для чесного порівняння.

Інші помилки включають:

• забування про глибину розряду (використання повної ємності замість корисної)
• ігнорування втрат на інверторі та перетворення на рівні 10-30%
• припущення, що номінальна ємність зберігається за високих швидкостей розряду, хоча ефект Пейкерта зменшує її

Люди також часто не беруть до уваги температуру: холодна погода може помітно знизити корисну ємність, а спека скорочує термін служби. Нарешті, не плутайте заряд (А·год, кулони) з енергією (Вт·год, джоулі) — згідно з NIST, це різні величини в системі SI.

Закладання запасу міцності на рівні 20-30% у будь-який реальний проєкт дозволяє нівелювати ці сукупні реальні втрати.