Расчет емкости аккумуляторной батареи: Расчет емкости аккумуляторной батареи

При расчете системы автономного или резервного электроснабжения очень важно правильно выбрать емкость аккумуляторной батареи. Специалисты компании “Ваш Солнечный Дом” помогут Вам правильно рассчитать необходимую емкость АБ для вашей энергосистемы.

Для предварительного расчета Вы можете руководствоваться следующими простыми правилами.

1. емкость, которую должна выдавать аккумуляторная батарея, рассчитывается исходя из количества электроэнергии в Вт*ч, потребляемого от АБ в режиме разряда. Значение количества электроэнергии рассчитывается исходя из данных вашей нагрузки и режимов ее работы (т.е. когда и сколько будет работать нагрузка данной мощности в течение определенного периода времени, например дня или недели). Это количество электроэнергии нужно поделить на напряжение аккумуляторной батареи (12, 24 или 48 В) для получения значения необходимой потребляемой емкости
2. номинальная емкость АБ (т.е. та, которая указывается в спецификации или названии АБ), будет зависеть от ряда факторов, таких как допустимая глубина разряда, температура окружающей среды, тип АБ и т.д. Значение, полученное в первом пункте, нужно будет умножить на коэффициенты, учитывающие эти условия работы.
3. в общем случае нужно руководствоваться следующими параметрами:
   • допустимая глубина разряда не должна превышать 30-40% для герметичных необслуживаемых батарей, и не более 20% для стартерных батарей.
   • При циклических режимах работы аккумулятора нужно применять гелевые аккумуляторы или специальные аккумуляторы с жидким электролитом. Циклические режимы работы лучше переносят свинцово-кислотные аккумуляторы с панцирными электродами (OPzV и OPzS).
   • При буферном режиме работы (т.е. если основное время аккумуляторы находятся в заряженном состоянии и иногда, при пропадании электрической сети, отдают свою энергию) можно применять аккумуляторы AGM и даже хорошие автомобильные.

   • Необходимо учитывать, что степень заряда аккумулятора не зависит жестко от его напряжения. При быстром разряде большими токами допускается более низкое конечное напряжение батарей (до 9,8В), а если аккумулятор разряжается малым током длительное время, то он может быть разряжен на 100% даже при напряжении на нем более 11,5В.

4. емкость АБ понижается с понижением температуры. Используется коэффициент от 1 до 2,5. Более подробно – в разделах по аккумуляторам. Гелевые аккумуляторы меньше теряют емкость при понижении температуры, AGM и стартерные обычно имеют емкость в 2 раза ниже номинальной уже при 0°C и при дальнейшем понижении температуры их полезная емкость резко падает.
5. срок службы АБ понижается при увеличении температуры окружающей среды выше 25 °C.

Определение емкости аккумуляторной батареи

Емкость аккумуляторной батареи выбирается из стандартного ряда емкостей аккумуляторов с округлением в большую сторону от расчетной. Количество аккумуляторов, соединяемых последовательно, определяется делением номинального напряжения системы (12, 24, 48, 120V) на номинальное напряжение одного аккумулятора. (Следует заметить, что параллельное подключение аккумуляторов не рекомендуется, но допускается параллельное соединение до 4 цепочек аккумуляторов.).

Укажите глубину разряда АКБ и количество дней, в течении которых питание будет поступать только с

Для определения примерной емкости АБ Вы можете использовать онлайн-форму.

Эта статья прочитана 18881 раз(а)!

Продолжить чтение

• 10000

  Аккумуляторы для систем электроснабжения. Руководство покупателя В интернете есть много разрозненной информации по разным типам аккумуляторов, их возможностям, характеристикам, областям применения, достоинствам и недостаткам. При этом во многих случаях информация эта однобокая – связано это бывает или с недостаточными знаниями…

• 10000

  Раздел “Оборудование – Аккумуляторы” Раздел “Основы – Аккумулирование энергии” Раздел “Библиотека – про аккумуляторы” См. также полную карту нашего сайта со списком всех статей. Купить Аккумуляторы в нашем Интернет-магазине

• 68

  Типы аккумуляторных батарей и области их применения В этой заметке содержатся общие советы по выбору аккумуляторов для систем с возобновляемыми источниками энергии. В заметке затронуты 3 основные технологии: литий-ионные, никель-металл-гидридные и свинцово-кислотные (AGM, или Gel). Мы постараемся избегать формул и…

• 63

  Применение и эксплуатация кислотно-свинцовых герметичных аккумуляторов Автор: Журавлев О. В. В статье рассмотрены вопросы применения и эксплуатации кислотно-свинцовых герметичных аккумуляторных батарей, наиболее широко используемых для резервирования аппаратуры охранно-пожарной сигнализации (ОПС) Появившиеся на российском рынке в начале 90-х годов кислотно-свинцовые герметичные…

• 62

  Как продлить срок службы свинцово-кислотных аккумуляторов? Зачастую представляет определенные трудности использовать напрямую энергию, генерируемую солнечными, ветровыми или микрогидроэлектрическими установками. Поэтому электричество обычно сохраняется в специальных аккумуляторных батареях для последующего использования. Эти батареи очень часто работают по тому же принципу, что…

• 50

  Основные характеристики аккумуляторов Наиболее важными показателями качества АБ являются: емкость, напряжение, габариты, вес, стоимость, допустимая глубина разряда, срок службы, КПД, диапазон рабочих температур, допустимый ток заряда и разряда. Также, необходимо учитывать, что все характеристики производитель дает при определенной температуре -…

Google рекомендует

Реклама

Как рассчитать емкость аккумулятора для ИБП

 2. Расчет емкости аккумулятора

Определим ток (А) разряда аккумуляторов:

I = W / Vb /K

Если желаемое время автономии более 10 часов ( H > 10), то можно сразу рассчитать емкость одного  аккумулятора:

E = I * H

Но при малых временах разряда, аккумулятор отдает большую  часть емкости. Поэтому, при Н = 6, рассчитаную емкость аккумулятора E нужно увеличить на 20%, при H = 4 – на 30%, при Н = 2 – на 40%, а при требуемом времени автономии 30 минут – удвоить рассчитанную емкость  аккумулятора E.

3. Пример расчета емкости батареи ИБП (UPS)

Определяем емкость аккумуляторной батареи UPS (ИБП), нагрузкой которого является отопительный котел.

Электрическая мощность котла W = 200 Вт; напряжение батареи ИБП Vb = 24В; требуемое время автономной работы от батареи H = 6 часов; КПД инвертора неизвестен.

Принимаем среднее значение КПД инвертора, равным 0,8 (80%) и рассчитываем ток разряда:

I = W / Vb / K = 200 Вт / 24 В / 0,8 = 10,4 А

И теперь теоретическую емкость одного аккумулятора:

E = I * H = 10,4 А * 6 час = 62,4 Ач

Так как требуемое время работы равно 6-ти часам (менее 10 часов), нужно увеличить рассчитанную емкость на 20%. Получаем итоговую емкость аккумулятора:

Е = 62,4 Ач + 20% = 75 Ач

Выбираем  для батареи при DC = 24V  – два аккумулятора по 75Ач.

Как рассчитать время работы, мощность ИБП. Формулы расчета

Расчет времени работы ИБП

T=C*U/P

T – расчетное время резерва (ч), C – суммарная емкость АКБ (Ач) (55 Ач, 75 Ач, 100 Ач и т.п.), U – суммарное напряжение АКБ (В) (12 В, 24 В или 48 В), P – полная мощность нагрузки (Вт) (100 Вт, 200 Вт, 1000 Вт и т.п.).

Пример: Мощность подключенной нагрузки к ИБП –  150 Вт (типичная для газового котла), емкость АКБ – 100 Ач, напряжение АКБ – 12 В. Ориентировочно ИБП проработает в режиме резерв следующие время:

Т=(100 Ач*12 В)/150 Вт = 8 ч.

КПД инвертора – паспортная величина, P – мощность нагрузки, U – напряжение АКБ, Kр – коэффициент разряда (глубина разярда) АКБ (0.6 – 0.8).

КПД инвертора в онлайн калькуляторах зачастую устанавливается 0.8, тогда как бесперебойники «Сибконтакт» демонстрируют 0.9. 

Расчет мощности ИБП

Если мощность ИБП меньше суммарной нагрузки, тогда прибор сразу же отключится после запуска. Перед покупкой бесперебойника подсчитайте потребление всех устройств, которые будут от него запитаны. Найдите данные на корпусе или в техпаспорте изделий, затем сложите.

Для индуктивной нагрузки (аппараты с электродвигателями, люминесцентные лампы) обычно указывают полную мощность в вольт амперах (ВА). Если фигурируют ватты, надо рассчитать необходимую мощность ИБП с учетом реактивной составляющей:

P=Pa/cos φ

Здесь Pа – активная мощность (Вт), cos φ – коэффициент мощности (если неизвестен, примите равным 0.7).

Также учитывайте, что в технике с электродвигателями пусковые токи до пяти раз больше, чем в рабочем режиме: бытовой холодильник, например, потребляет в момент включения компрессора около киловатта. Приятная новость: подобным устройствам требуется синусоидальный ток, и все ИБП «Сибконтакт» выдают на выходе именно такую форму переменного напряжения.

Расчет емкости батарей ИБП

После определения времени работы и мощности нагрузки проводится расчет необходимой емкости аккумуляторов ИБП по формуле:

С=(P*t)/U*Kр

P – мощность нагрузки, t – необходимое время резерва,  U – напряжение АКБ, Kр – коэффициент разряда (глубина разярда) АКБ (0.6 – 0.8).

Помните, что емкость АКБ суммируется только при параллельном соединении. При последовательном подключении складывается вольтаж батарей, а емкость остается равной номинальному значению одного источника питания.

Все вышеприведенные формулы, в упрощенном виде, встроены в наш онлайн “КАЛЬКУЛЯТОР” (виджет). Меняя параметры, можно легко определить, например, время работы ИБП от аккумулятора или  наоборот – емкость аккумулятора, для необходимого времени работы ИБП в режиме резерв.

Теперь пора перейти в интернет-магазин «Сибконтакт», где в наличии бесперебойники мощностью от 300 Вт, в том числе модели со сквозной нейтралью для газовых котлов.

Для серьезных задач подойдет  UPS ИБП МИ3024 Offline номиналом 3,3 кВт, выдерживающий двойную нагрузку в течение пяти секунд.

Перейти в каталог ИБП

Перейти в каталог АКБ

Проблемы с блоком розжига газового котла  в частном доме? Рекомендуем к прочтению статью – Ошибка на котле Е01

Если у Вас остались вопросы – сообщите нам. Мы подберем для Вас лучшее решение!

База знаний  ->  Онлайн расчет емкости аккумулятора для охранно-пожарной сигнализации

Расчет реальной емкости аккумулятора в зависимости от нагрузки

Для указания номинальной емкости производители используют расчет выдаваемого аккумулятором тока в течении стандартного времени (если не указано значение этого времени в спецификациях, то оно обычно равно 20 часам для больших аккумуляторов). То есть, если в маркировке аккумулятора указано, что его емкость равна 100А*ч, то это означает, что он может питать нагрузку током 5А в течение 20 часов.

Все бы было хорошо, но имеется одна не очень приятная закономерность: чем больше нагрузка на аккумулятор, тем меньше процент отдаваемой емкости (аккумулятор 100А*ч может выдавать ток 100А не в течении 1 часа, а в течение намного меньшего времени – очень может быть, и 30 минут).

Причина этого явления связана с тем, что внутри аккумулятора ток течет благодаря ионной проводимости. Если ионная проводимость электролита достаточно высока и не несет особого значения, то процесс переноса ионов внутри пластин аккумулятора и преодоление ими фазового раздела поверхность электрода/электролит происходит достаточно медленно. То есть при быстром разряде какая-то часть ионов не успевает выйти из электрода в электролит (или войти из электролита в электрод) за время разряда, что ограничивает выдаваемую аккумулятором емкость.

Математическая модель этого процесса была описана в 1897 году Пекертом (Peukert). Он эмпирически установил, что отношение между разрядным током I и временем разряда аккумулятора T (от полностью заряженного к полностью разряженному) представляет собой константное отношение, и может быть описано формулой:

C_p = Iⁿ * T

где C_p – емкость Пекерта (константное отношение для данного аккумулятора), а n – экспонента Пекерта. Экспонента Пекерта всегда больше единицы, чем больше n, тем меньше способность аккумулятора отдавать полную емкость при повышенной нагрузке. Наименьшее значение экспоненты Пекерта имеют литий-железные, литий-марганцевые, литий-полимерные и свинцово-кислотные аккумуляторы с электродами рулонного типа. Одно из самых больших значений n у недорогих тяговых свинцово-кислотных батарей.

Экспонента Пекерта обычно расчитывается на основании измерения времени полного разряда (T₁ и T₂) для двух разных токов(I₁ и I₂). Для приблизительных расчетов можно использовать таблицы или графики разрядки, предоставляемые производителем аккумулятора. Так как C_p – константа, мы можем записать такое уравнение:

C_p = I₁ⁿ * T₁ = I₂ⁿ * T₂

преобразуя выражение, получаем формулу расчета экспоненты Пекерта:

n = log(T₂/T₁)/log(I₁/I₂)

Основываясь на знании значений экспоненты Пекерта и емкости Пекерта можно рассчитывать время работы аккумулятора при определенной нагрузке:

T = C_p/Iⁿ

Существующие продвинутые мониторы состояния батарей (в составе системы управления батареей, BMS) в своих расчетах, скорее всего, используют данные уравнения. Однако, все не так просто: обычно потребляемый ток меняется во времени, бывают длительные перерывы в работе аккумулятора, а также константные значения емкости и экспоненты Пекерта меняются в процессе работы аккумулятора (и их приходится время от времени пересчитывать для получения реальных показаний монитора). Это особенно ярко видно на примере “цифрового эффекта памяти” в литий-ионных батареях для ноутбуков – при эксплуатации в условиях частичного заряда/разряда отмечается постепенное уменьшение времени работы от аккумуляторной батареи, из-за несоответствия оставшейся емкости, рассчитанной системой управления батареей, реальной. Эффект “цифровой памяти” нивелируется полным зарядом с последующим полным разрядом аккумулятора раз в 30-50 циклов (ноутбуки необходимо разряжать при входе в настройки BIOS, после отключения из-за разряда аккумулятора сразу же зарядить).

Описанная выше система мониторинга достаточно сложна, и многие производители BMS, возможно, довольствуются измерением скорости падения вольтажа на аккумуляторе в процессе разряда. Для систем с примерно постоянной во времени нагрузкой эти BMS должны давать достаточно точные результаты, и, в то же время, могут усиливать эффект “цифровой памяти” при неравномерном потреблении тока.

Я так много описывал феномен уменьшения емкости батареи при разряде большими токами, что чуть было не упустил вопрос, который задал бы мне пытливый читатель: “А куда девается та емкость, которая не была отдана аккумулятором?” Ответ простой: “Остается в аккумуляторе…” То есть, если батарея 100А*ч полностью разрядилась под нагрузкой 50А за час, то и при заряде она потребит около 50А*ч. Если батарея 100А*ч, полностью разряженная током 50А за час, постоит несколько часов, то постепенно восстановится утраченная емкость (за счет диффузии ионов в электродах аккумулятора), и из нее можно будет извлечь еще немного ампер-часов.

Этот эффект обычно используют владельцы электромобилей с недорогими тяговыми свинцово-кислотными аккумуляторами – когда аккумулятор сильно разряжен, а надо проехать еще приличное расстояние, электромобиль останавливают на обочине и ждут какое-то количество времени, пока не восстановится емкость батареи (время достаточно приличное, чтобы на практике усвоить основы философии дзен-буддизма). После совмещения приятного с полезным, можно двигаться дальше до следующей вынужденной стоянки, пока не исчерпается реальная емкость батареи. Эта же причина стоит во главе того факта, что гольф-кары, с их низкой скоростью, могут проехать намного большее расстояние, чем электромобиль с аккумулятором подобной емкости, но едущий с большей скоростью (при езде в реальных условиях также сильно влияет возрастание сопротивления воздуха движению при больших скоростях). То есть, если хочется осваивать дзен-буддизм во время езды в электромобиле на дальние расстояния, то ехать придеться тихо, чтобы дальше быть.

Надеюсь, эта информация была полезной читателю, и будет полезной в будущем. Знание закономерности зависимости емкости аккумулятора от тока разряда позволяет планировать необходимую емкость и тип аккумуляторов на борту электромобиля (или другого автономного мощного потребителя электричества). В настоящее время штудитую JavaScript, и, надеюсь, скоро на нашем горячо любимом сайте появится калькулятор батарей, благо в программировании я не новичок… Да, пора прощаться… Заходите еще!!!

Copyright © Дмитрий Спицын, 2007.

Емкость аккумулятора – обзор

20.2.3 Емкость аккумулятора

Емкость аккумулятора соответствует количеству электрического заряда, который может быть накоплен во время заряда, сохранен во время пребывания в разомкнутой цепи и высвобожден во время разрядки обратимым образом . Он получается путем интегрирования тока разряда, начиная с полностью заряженной батареи и заканчивая процесс разряда при определенном пороге напряжения, часто обозначаемом как напряжение отсечки или U _{cut_off} , достигнутом в момент t _{cut_off} .В этом случае она обозначается как разрядная емкость или C _d , а в случае электрохимии свинцово-кислотных аккумуляторов она может быть выражена как

(20,5) Cd = ∫0tcut_offIdt = −2FMPbO2 (mPbO2initial − mPbO2cut_off ) = – 2FMPb (mPbinitial − mPbcut_off)

Уравнение (20.5) показывает, что емкость батареи пропорциональна количеству активных материалов, которые могут быть преобразованы электрохимически, пока напряжение батареи не достигнет порогового значения U _{cut_off} .Знак разрядной емкости отрицательный; однако на практике его значение рассматривается как модуль. Когда батарея разряжается постоянным током, ее емкость определяется формулой C _d = I · t _d , где t _d – продолжительность разряда. Когда последнее выражается в часах, типичной единицей измерения емкости аккумулятора является ампер-час.

Разрядная емкость новой батареи (т. Е. До заметного начала деградации батареи) является функцией температуры и профиля тока разряда.Основным этапом разработки каждого алгоритма управления батареями является оценка зависимости разрядной емкости от тока и температуры. Обычно это делается путем подвергания одной или нескольких идентичных батарей или элементов нескольким циклам заряда / разряда при постоянной температуре с использованием гальваностатического разряда с разными токами разряда и фиксированным режимом полной перезарядки. Процедура повторяется при нескольких разных температурах. При разработке такого плана экспериментов следует учитывать типичную скорость деградации батареи при циклическом включении.Для аккумуляторов, скорость старения которых в режиме глубокого цикла высока (например, свинцово-кислотные аккумуляторы с тонкими пластинами и решетками, не содержащими сурьмы), количество таких глубоких циклов характеризации должно быть меньше, а количество экспериментальных точек на батарею должно быть ограничено. может быть компенсировано тестированием большего количества батарей.

Зависимость разрядной емкости от тока разряда часто соответствует уравнению Пейкерта [2]:

(20.6a) Cd = K · I1 − n

, где K и n – эмпирические константы.Коэффициент n сильно зависит от конструкции электродов. Например, свинцово-кислотные батареи с толстыми пластинами имеют значение n в диапазоне 1,4 [3], а для конструкций с более тонкими пластинами n находится в диапазоне 1,20–1,25 [4]. Для таких технологий, как литий-ионные батареи, где пластины очень тонкие (в диапазоне 0,2–0,3 мм), значение n близко к 1 [5]. В этом случае уравнение Пойкерта и соответствующие экспериментальные данные могут быть представлены с использованием продолжительности разряда t _d вместо емкости:

(20.6b) td = K · I − n

Когда экспериментальные данные t _d (I) построены в двойных логарифмических координатах, уравнение (20.6b) преобразуется в прямую линию с наклоном, равным к коэффициенту n . Уравнение Пейкерта демонстрирует одну и ту же тенденцию почти для всех типов первичных и аккумуляторных батарей – чем выше ток разряда, тем меньше емкость. Последнее с электрохимической точки зрения соответствует меньшему количеству активных материалов, превращающихся в продукты разряда.В технологии аккумуляторов степень этого преобразования обозначается как «использование активных материалов». Уменьшение использования активных материалов при высоких токах разряда очень часто можно приписать эффектам диффузии. Например, в случае разряда свинцово-кислотной батареи (уравнения (20.1a) и (20.1b)) серная кислота, необходимая для преобразования PbO ₂ и Pb в PbSO ₄ , должна диффундировать из объема электролита. к геометрической поверхности электрода, а затем внутрь его пористого объема.При высоких токах разряда электролит из объема элемента, расположенного между пластинами батареи, не успевает диффундировать внутри объема пластин, где он быстро истощается из-за электрохимических реакций. Это приводит к развитию локальных градиентов концентрации и появлению диффузной поляризации [6]. Последнее вызывает быстрое снижение напряжения разряда ячейки. По логике вещей, мы можем достичь большей емкости при более высоких токах только в аккумуляторных технологиях, использующих конструкции ячеек с более тонкими пластинами, где диффузия происходит быстрее.

Уравнение Пейкерта имеет различный диапазон применимости для каждой аккумуляторной технологии – для очень высокого и очень низкого тока разряда оно больше не действует. Следует отметить, что точный алгоритм BMS также должен полагаться на набор параметров n и K , измеренных для конкретного типа батареи, используемой в энергетической системе, т. Е. Пара «батарея плюс BMS» ведет себя как ключ и замочная скважина.

Уравнение (20.6b) можно использовать для объяснения терминов «номинальная емкость» и «номинальный ток», которые часто используются в аккумуляторной практике.Здесь «номинальный» соответствует выбору тока, который соответствует заданной продолжительности разряда (или желаемой автономности), или наоборот – как долго мы будем работать от батареи при приложенном токе разряда. Таким образом, ток, соответствующий 20-часовому разряду, обозначается как 20-часовой номинальный ток или I ₂₀ (или I _20h ). Когда последнее умножается на 20 часов, произведение обозначается как 20-часовая номинальная производительность C ₂₀ (C _20h ).

Другой термин, связанный с емкостью батареи, – это «номинальная емкость» (или емкость, указанная на паспортной табличке), обозначенная как C _n . Определение C _n часто связано с определенным приложением или стандартом тестирования батарей. Например, номинальная емкость свинцово-кислотных аккумуляторов для запуска, освещения и зажигания обычно совпадает с 20-часовой номинальной емкостью C _20h . Номинальная емкость может использоваться для выражения плотности тока заряда и разряда в виде рейтинга C, представленного как отношение между номинальной емкостью и “ целевой ” длительностью разряда или заряда (последняя отличается от реальной продолжительности заряда или продолжительности заряда). увольнять).Таким образом, для тока, предназначенного для зарядки или разрядки аккумулятора в течение 10 часов, плотность тока выражается как C _n /10 час. Более высокие токи, такие как C _n /1 ч, обозначаются как 1 C, C _{n 900 10/30 мин как 2 C, C n 900 10/15 мин как 4 C и т. Д. позволяет применять одинаковые условия тестирования к батареям разного размера и надежно сравнивать полученные результаты. Удобство такого подхода связано с большой разницей между возможностями тестирования аккумуляторов в лаборатории, которая занимается разработкой BMS, и фактическими размерами установки для аккумулирования энергии.Обычно стенды для проверки аккумуляторных батарей предназначены для проверки ячеек в диапазоне напряжений 0–5 В и тока ± 5–50 А (чем выше ток, тем дороже оборудование). Во многих реальных аккумуляторных установках для хранения возобновляемой энергии и поддержки сети типичный диапазон постоянного напряжения составляет 400 В, а токи могут достигать 500–1000 А в случае, когда используются огромные аккумуляторные элементы, что свидетельствует о том, что BMS фактически экстраполирует лабораторные характеристики элементов и батарей меньшего размера, чтобы контролировать и прогнозировать работу крупногабаритных аккумуляторов энергии.}

Расчет батареи

Первичный и, конечно же, наиболее важный фактор – это ожидаемая нагрузка от батарей. хранить. Используя мощность нагрузки, которую вы рассчитали для ежедневного потребления электроэнергии. нагрузки, преобразуйте это в меру того, как измеряются аккумуляторные батареи. Аккумуляторы измеряются в ампер-часах (AHr.).

На примере 157.4 Ватт-часов в день со страницы начала работы и при условии, что аккумуляторная батарея будет 12 вольт, вы получите 13.Требуется 1 ампер-час. Математика так же, как и раньше, на этот раз делим ватт-часы на батарею напряжение (157,4 12В = 13,1 Ампер-часов)

Каждый раз, когда вы конвертируете электричество, как от солнечных гальванических панелей, в напряжение батареи, которое вы фактически преобразуете солнечная энергия (электричество) в химический склад (аккумулятор). Транспортировка власть над проводами и соединениями вы теряете некоторую мощность . Используя опыт, математику и отраслевые слухи, мы используем коэффициент потерь 20%. для аккумуляторов и 2% для эффективного солнечного контроллера заряда. Провода и соединения – это еще 5% потерь при низком напряжении и 2% потерь при 120 В. проводка. Фактор потери батареи необходимо учитывать при хранении батареи. Мы называем эту часть расчета требуемым загруженным дневным AHr. Если мы используем 25% (для потерь батареи и контроллера заряда) теперь нам требуется 15,7 Ач (13,1 Ач X (1 + 25%) = 16,4 Ач.)

Все бы хорошо, если бы солнце гарантированно сияли одинаково каждый день. Теперь нам нужно разложить на множители, сколько дней емкости вы хотите, чтобы ваши батареи продержались, пока солнце не выйдет из облака или вам нужно включить генератор.Предположим, вы хотите 2 полтора дня резервного времени. Это доведет ваше требование до 14 Ампер-часы батареи (15,7 Ампер-часов X 2,5 дня = 41 Ампер-час) аккумулятор с рассчитанным запасом.

Ваши батареи, если их правильно взять забота о нем будет долгие годы жизни. Однако батареи стареют время и теряют часть своего потенциала. Потому что батарейный массив будет работать на уровне самой слабой батареи установка новых батарей в старую батарею массив – это отходы (см. добавление батарей).Лучше всего учесть потерю сейчас, так как это также поможет вам удерживайте DOD (скоро! читайте до следующего пункта!). Нет неразумно использовать коэффициент 20% для учета старения батареи, поэтому ваша батарея потребность теперь составляет 49,2 AHr. (41 Ач X (1 + 20%) = 49,2)

Потому что они основаны на аккумуляторы электрохимического процесса теряют мощность на морозе. Если вы собираетесь используйте вашу систему зимой или в межсезонье и храните их на улице или в неотапливаемом помещении ваши батареи будут нужно снизить рейтинг.Если вы используете батареи круглый год, это важный фактор. Большинство производителей аккумуляторов предоставляют таблицы снижения номинальных значений на основе от температуры батареи. Мы пока оставим этот фактор вне нашего примера. потому что многие из вас используют свои системы только летом и в межсезонье (см. снижение номинальных значений температуры).

DOD мера того, насколько глубоко аккумулятор разряжен. Когда аккумулятор заряжен на 100%, DOD составляет 0%.Ампер-часы, снятые с полностью заряженного элемента или аккумулятора, выражаются как процент от номинальной мощности. Например, если 25 Ач удаляются из 100 Ач аккумулятор, его глубина разряда составляет 25%, а аккумулятор находится в состоянии 75% заряда.

ОК, с принятым определением забота о том, почему DOD является важной частью расчета емкости аккумулятора? Сначала другое определение:

Цикл – это период разрядка и подзарядка называется одним циклом. Аккумулятор Цикл – это один полный цикл разряда и перезарядки.Обычно считается будет разряжаться от 100% до 20% DOD, а затем обратно до 100%. Одна из батарей Показатели эффективности – это мера ожидаемого количества циклов, которое может доставлять.

Чем больше среднее чем глубина разряда, тем короче срок службы. Будьте осторожны, глядя на рейтинги, в которых указано, сколько циклов рассчитана на батарею поскольку, если также не указано, насколько глубоко он разряжается. Аккумулятор, который рассчитан на 20-летнюю ожидаемую продолжительность жизни, если разрядится только на 15%, может иметь 5-летний продолжительность жизни при разряде до 50%.Обычно номиналы аккумуляторов указаны в AHr и публикуются до 100% разряда. Уровень разряда, которого следует избегать. (Осторожно, некоторые компании назовите свои батареи исходя из 100 часов на разряд! В дольше время разряда, например 100 часов тем больше ампер-часов, которые можно выжать от батареи. Номинальные характеристики батарей следует сравнивать при 20-часовом разряде для для внесетевых целей.)

Вот факт; Если, скажем, батарея на 100 Ач разряжена до 100% опубликовано до 100 циклов, однако, его хватит на 400 циклов при разряде на 50% и дольше, если разрядить на 35% DOD.Прежде чем мы продолжим определение размера батареи, давайте посчитаем: МО.
100 Ач при 100 циклах при 100% = 10 000 Ач разряда в течение срока службы батарея. (100 циклов X 100 Ач = 10 000 Ач.)
100 Ач с 400 циклами при 50% = 20 000 Ач разряда в течение срока службы аккумулятор (400 циклов X 50 Ач = 20000 Ач.)
При 400 циклах аккумулятор работает в 4 раза дольше, чем производит В 2 раза больше власти над его жизнью!

вернуться к размеру батареи …

Расчет размера при DOD 50%

На 50% разрядить аккумулятор требуемый размер 98.4 AHr. (49,2 Ач, 50% = 98,4 Ач)

Мы начали с ежедневного использование 157 Вт или 13,1 Ач при 12 В и в итоге требовалось 98,4 Ач. емкость. По этому вы можете оценить, сколько систем рассчитано на бумажники людей не к требованию конфигурации системы.

Еще циничное: слишком много клерков склонны продавать то, что клиент может себе позволить, прекрасно зная, что вы вернитесь позже с открытым кошельком, чтобы купить больше.Легко обвинить клиента использование электричества, погода или любое количество вещей, а затем продать вам больше. … или они просто не знают. Помните, вы не можете добавлять новые или другие батареи. к имеющейся у вас аккумуляторной батарее. Новые выйдут из строя раньше, чем существующие. батареи.

Мы разработали MS EXCEL таблица , чтобы помочь нашим канадским клиентам с этими расчетами. Свяжитесь с нами по электронной почте, и мы поможем вам с расчетами.

Как долго работает батарея?

В нашей статье, посвященной Ач (ампер-часам) и Втч (ватт-часам), мы получили массу вопросов о долговечности батарей. Вопрос «На сколько хватает заряда батареи?» был преобладающим. Чтобы помочь всем, кто пытается рассчитать, на сколько хватит заряда батареи, мы создали Калькулятор срока службы батареи .

Очень полезно знать, когда у нас разрядится аккумулятор. Пример: если мы идем в поход и полагаемся на батареи для всех наших энергетических потребностей, и у нас нет других средств производства электроэнергии.

Прежде чем мы познакомимся с калькулятором срока службы батареи, отметим, что вычислить, на сколько хватит заряда батареи, довольно просто в теории (на практике это довольно сложно). Мы используем это уравнение для определения времени разрядки батареи:

Срок службы батареи (в часах) = Емкость батареи (в Ач) / Ток нагрузки (в А)

Пример: На сколько хватит заряда батареи на 100 Ач (ампер-час), если мы подключим ее к электрическому устройству на 1 Ач? Итак, емкость аккумулятора = 100 Ач, ток нагрузки = 1 А, значит, такой батареи хватит на 100 Ач / 1 А = 100 часов.

По сути, батарея на 100 Ач означает, что такая батарея может обеспечивать ток 100 А в течение 1 часа. Он также может обеспечивать ток 1 А в течение 100 часов. Или 0,1 А или 100 мА на 1000 часов.

Это кажется довольно простым, правда?

Если у вас есть 100 единиц емкости (100 Ач) и вы подключаете их к устройству, которому требуется 1 единица емкости (1 А) каждый час, то батарея разрядится ровно за 100 часов.

Почему не так просто рассчитать срок службы батареи

Вот сделка:

На практике нам нужно всего два числа, чтобы рассчитать, когда аккумулятор разрядится.Это:

1. Емкость аккумулятора (в Ач) . Это довольно легко получить; это написано прямо на батарее. Типичная батарея AA имеет емкость 2,5 Ач или 2500 мАч (миллиампер-час), батарея AAA имеет емкость 1 Ач, батарея ноутбука имеет емкость от 2 Ач до 6 Ач, батарея 100 Ач имеет емкость Ач и так далее. Вы можете узнать больше о емкости аккумуляторов здесь.
2. Ток нагрузки или потребляемый ток (в А) . Это сложный вопрос; и вся причина, по которой сложно рассчитать срок службы батареи.Ток нагрузки определяет, насколько быстро будет потребляться электрическая емкость аккумулятора, и зависит от мощности подключенного к нему устройства. Например, кондиционер на 1000 Вт будет иметь ток нагрузки в 10 раз больше, чем персональный испарительный охладитель мощностью 100 Вт.

Если вы получите эти два числа, вы просто разделите емкость батареи на ток нагрузки и получите, сколько часов прослужит батарея.

Проблема в том, что вопросы о времени автономной работы не ставятся так:

«У меня есть аккумулятор на 100 Ач, и я хочу использовать его в походном фонаре с током нагрузки 1 Ач.Как скоро разрядится аккумулятор? »

Большинство из нас имеет дело с ваттами (Вт). Мы не знаем, какой ток нагрузки у лампы мощностью 100 Вт. Мы просто знаем, что это лампа мощностью 100 Вт, верно. Вот почему большинство вопросов о том, на сколько хватает заряда батарей, задаются в следующем порядке:

«У меня есть аккумулятор на 100 Ач, и я хочу работать с ним в походном фонаре на 100 Вт. Как скоро разрядится аккумулятор? »

Чтобы правильно рассчитать срок службы батареи, нам нужно преобразовать эти 100 Вт в Ач.Здесь напряжение (В) играет ключевую роль.

Мы хотим, чтобы каждый мог определить, на сколько хватит заряда батареи. Вот почему у нас есть 3 ключевых раздела, которые помогут вам в этом:

1. Как рассчитать ток нагрузки любого устройства. Мы начнем с знания мощности (Вт) и напряжения (В), и мы сможем вычислить, сколько ампер (А) необходимо для работы такого устройства. Если вы можете рассчитать потребляемый ток (или ток нагрузки), вы можете использовать Калькулятор срока службы батареи.
2. Калькулятор срока службы батареи. Вы просто вводите емкость батареи, указанную на вашей батарее (в Ач), и рассчитанное потребление тока (ток нагрузки), и калькулятор сообщит вам, сколько часов работы батареи хватит.

Давайте начнем с основ: как перейти от ватт к амперам?

Как рассчитать ток нагрузки (амперы) по мощности?

Представьте себе достаточно простой сценарий. У вас есть большая литиевая батарея на 200 Ач, и вы хотите использовать ее в небольшом портативном кондиционере мощностью 800 Вт.Как долго вы сможете проработать такой переменный ток, пока батарея не разрядится?

Ну, мы уже знаем, что нам нужно 2 числа:

1. Емкость аккумулятора. У нас это есть; это 200 Ач.
2. Отрисовка усилителя. Этого у нас нет; мы должны его вычислить.

Чтобы рассчитать потребление тока (А) из ватт (Вт), нам также необходимо знать напряжение (В). Для расчета ампер используем основное уравнение мощности:

P (в Вт) = I (в A) * V (в В)

В основном электрическая мощность P (мощность) рассчитывается путем умножения электрического тока I (ампер) на напряжение V (вольт).Чтобы рассчитать амперы, вы должны выразить электрический ток I (амперы) следующим образом:

I (дюйм А) = P (дюйм Вт) / В (дюйм В)

По сути, это говорит нам о том, что мы получаем ток, разделив ватты на вольты.

Пример. У нас есть блок переменного тока мощностью 800 Вт, который работает от электрической цепи на 120 В. Что здесь за усилитель? Просто делим 800 Вт на 120 В и получаем 800 Вт / 120 В = 6,67 А.

Если вас это немного сбивает с толку, воспользуйтесь нашим калькулятором ватт-ампер, который поможет вам с расчетами.

В нашем примере выше мы вычислили потребляемую мощность 800 Вт переменного тока. Это 6,67 А. Теперь у нас есть оба числа; у нас есть батарея на 200 Ач, и мы знаем, что переменный ток потребляет 6,67 А. На сколько хватит заряда батареи на 200 Ач, если она будет питать этот переменный ток? Вычислим:

Срок службы батареи 200 Ач = 200 Ач / 6,67 A = 30 часов

Короче говоря, аккумулятор на 200 Ач сможет питать кондиционер 800 Вт на 120 В в течение примерно 30 часов.

Теперь важно, чтобы мы чувствовали влияние разных напряжений.Допустим, у нас есть такая же батарея на 200 Ач, тот же блок потребляемой мощности 800 Вт, но он работает от электрической цепи 240 В вместо цепи 120 В.

Поскольку напряжение другое, потребляемая мощность – ток, необходимый для работы такого переменного тока – также изменится. Давайте рассчитаем новую потребляемую мощность усилителя, используя основное уравнение мощности:

Ампер Draw (в А) = 800 Вт / 240 В = 3,33 А

Как мы видим, ток усилителя больше не 6,67 А; это 3.33 А. Когда мы увеличиваем напряжение, нам нужно меньше ампер, чтобы получить ту же электрическую мощность (мощность). Исходя из этого, теперь мы можем рассчитать, как долго батарея на 200 Ач сможет питать кондиционер 800 Вт на 240 В:

Срок службы батареи 200 Ач = 200 Ач / 3,33 A = 60 часов

Как мы видим, поскольку потребляемая мощность усилителя уменьшается вдвое, время автономной работы увеличивается. Это потому, что кондиционер 800 Вт на 240 В требует меньше энергии, чем кондиционер на 120 В.

Теперь мы знаем, как рассчитать ампер из ватт.Мы можем использовать эти знания для вычисления второго важного входа в Калькулятор срока службы батареи:

Калькулятор срока службы батареи (укажите емкость батареи и потребление тока)

Когда вы выяснили, какой у вас большой аккумулятор (емкость аккумулятора в Ач) и сколько ампер работает на устройстве, которое вы хотите подключить, вы можете ввести оба числа в этот калькулятор. В результате вы узнаете, на сколько хватит заряда батареи (в часах):

Вы можете в значительной степени рассчитать срок службы батареи любого типа, питающего любое электрическое устройство.

• Калькуляторы для электрических, радиочастотных и электронных устройств • Онлайн-преобразователи единиц

Прежде чем объяснять, как пользоваться этим калькулятором, мы сначала дадим несколько определений. Это необходимо из-за противоречивой терминологии в области электрических батарей.

Терминология

Сухой элемент или одноэлементный или одноэлементный аккумулятор – это наименьшая форма электрического устройства, способного генерировать электрическую энергию в результате химических реакций, состоящих из двух электродов, химической смеси и корпуса.Это тип батареи, используемый для обеспечения электропитания портативных устройств, таких как фонарики. Элемент обычно имеет номинальное напряжение от 1 до 3 вольт в зависимости от его химического состава. Примеры: элементы AAA, AA, C, D (батарейки).

Батарея представляет собой устройство, состоящее из одного (одноэлементный аккумулятор) или нескольких (многоэлементный аккумулятор) электрохимических элементов, установленных в одном корпусе и соединенных вместе последовательно и параллельно, предназначенное для питания различных электрических устройств. Примеры: автомобильный аккумулятор 12 В 45 Ач, состоящий из шести перезаряжаемых элементов 2 В 45 Ач.

A Аккумуляторный блок или аккумуляторный блок состоит из нескольких аккумуляторов (или аккумуляторных модулей), соединенных параллельно или последовательно, или обоих, последовательно и параллельно, которые обеспечивают резервное или аварийное питание и не имеют общего корпуса. Примером батарейного блока являются две параллельно подключенные аккумуляторные батареи 12 В 8 Ач, используемые в ИБП, которые не имеют общего корпуса. В конце статьи мы более подробно обсудим параллельное и последовательное подключение аккумуляторов в банки.

Формулы и определения

Одиночная батарея

Следующая формула показывает взаимосвязь между током , потребляемым от батареи, ее емкостью и коэффициентом C :

или

, где

I _bat – ток в амперах, потребляемый от аккумулятора,

C _bat – номинальная емкость аккумулятора в ампер-часах (означает, что ампер на часы), которая обычно указывается на аккумуляторе, и

C _rate – это коэффициент заряда аккумулятора, который определяется как разрядный ток, деленный на теоретический потребляемый ток, при котором аккумулятор будет обеспечивать свою номинальную емкость за один час.

Время выполнения t и C-rate обратно пропорциональны:

или

Обратите внимание, что это теоретическое время выполнения . Из-за различных внешних факторов реальное время работы будет примерно на 30% меньше, чем рассчитано по этой формуле. Также следует отметить, что допустимая глубина разряда (DOD) аккумулятора еще больше ограничивает время его работы.

Номинальная энергия в ватт-часах , хранящаяся в батарее, рассчитывается по следующей формуле:

, где

E _bat – номинальная энергия, сохраненная в батарее в ватт-часах,

V _bat – номинальное напряжение аккумулятора в вольтах, а

C _bat – номинальная емкость аккумулятора в Ач.

Энергия в джоулях , которые являются ватт-секундами, рассчитывается следующим образом:

Мы знаем, что один ампер, протекающий по проводу в течение одной секунды, потребляет 1 кулон заряда. Следовательно, заряд в аккумуляторе определяется из Q = I · t от известной емкости в Ач, которая представляет собой ток, который аккумулятор может обеспечить в течение 3600 секунд:

, где

Q _bat – это заряд аккумулятора в кулонах (C), а

C _bat – номинальная емкость аккумулятора в ампер-часах.

Battery Bank

Номинальное напряжение в вольтах аккумуляторного блока определяется как

, где

V _bat – номинальное напряжение аккумулятора в вольтах,

V _bank – номинальное напряжение батарейного блока, а

N _s – количество батарей в одном или нескольких наборах.

Емкость в ампер-часах аккумуляторного блока, C _банк определяется как

Номинальная энергия в ватт-часах хранится в банке E _банк определяется как

, где

E _bat – номинальная энергия, хранимая в одной батарее,

N _с – количество батарей в последовательном наборе, а

N _p – количество аккумуляторов, соединенных последовательно в параллельном наборе.

Энергия в джоулях рассчитывается следующим образом:

где E _{банк, Втч} – номинальная энергия в Втч, хранимая в банке.

Заряд в кулонах в банке, Q _банк определяется сумма зарядов всех аккумуляторов в банке:

Ток разряда банка, I _банк рассчитывается как

Время работы банка t _банк определяется как

щелочные батареи AAA и AA

Характеристики батареи

При выборе батареи можно учитывать следующие характеристики :

• Тип батареи или элемента
• Батарея или химический состав элемента
• Напряжение
• Емкость
• Скорость разряда
• Глубина разряда
• Влияние скорости заряда и разряда (скорость заряда)
• Удельная энергия (на единицу) веса)
• Плотность энергии (на единицу объема)
• Отношение мощности к массе
• Рабочая температура
902 62 Глубина выгрузки
• Размер и вес
• Цена

Некоторые из этих характеристик обсуждаются ниже.

Тип батареи

Батареи подразделяются на первичные (одноразовые) и вторичные (аккумуляторные).

Первичные

Первичные батареи – это одноразовые батареи, которые нельзя надежно перезарядить. Обычными типами первичных батарей являются щелочные и угольно-цинковые батареи.

Зарядка литий-ионных батарей в интеллектуальном зарядном устройстве

Вторичные

Вторичные батареи – это аккумуляторные батареи, которые можно надежно заряжать много (до 1000) раз.Самый распространенный и самый старый тип аккумуляторных батарей – это свинцово-кислотные батареи. Другими распространенными типами аккумуляторных батарей являются никель-кадмиевые (NiCd), никель-металлогидридные (NiMH), литий-ионные (Li-ion) и литий-полимерные (LiPo) батареи.

Удельная энергия и плотность энергии

Удельная энергия батареи измеряется в единицах энергии на единицу массы. Единицей измерения удельной энергии в системе СИ является джоуль на килограмм. Для батарей обычно используются ватт-часы на килограмм.Удельная энергия описывает энергию, переносимую в единице массы. Плотность энергии – это количество энергии на единицу объема. Для батарей плотность энергии измеряется в ватт-часах на литр.

К сожалению, удельная энергия батарей относительно мала по сравнению с удельной энергией бензина. В то же время новые литий-ионные аккумуляторы имеют в четыре раза большую плотность энергии по сравнению со старыми свинцово-кислотными аккумуляторами, и новые электромобили, работающие от этих аккумуляторов, достаточно практичны для повседневного использования.Литий-полимерные батареи имеют самую высокую удельную энергию и в настоящее время широко используются в дистанционно управляемых самолетах (дронах).

Химический состав батарей

Щелочные батареи

Щелочные батареи, хотя и используют почти вековую технологию, являются наиболее распространенными первичными (неперезаряжаемыми) батареями. Номинальное напряжение их элементов составляет 1,5, а емкость щелочного элемента AA составляет 1800–2600 мАч. Если объединить несколько ячеек в один корпус, вы получите батареи на 4,5 В (3 элемента), 6 В (4 элемента) и 9 В (6 элементов).Маленькие батарейки на 9 В, которые были разработаны для первых транзисторных радиоприемников и теперь используются в рациях, детекторах дыма и передатчиках дистанционного управления, имеют очень небольшую емкость – всего около 500 мАч. Удельная энергия щелочных батарей составляет 110–160 Втч / кг.

Цинк-угольные батареи

Цинк-углеродные первичные батареи были изобретены в 1886 году и широко используются до сих пор. Номинальное напряжение их элементов составляет 1,5, а емкость угольно-цинковых элементов АА – до 400–1700 мАч. Они бывают того же размера и категории напряжения, что и щелочные батареи.Их удельная энергия составляет 33–42 Втч / кг, что примерно в три раза ниже удельной энергии щелочных батарей. Из-за своей малой емкости угольно-цинковые батареи используются только в устройствах с малым потреблением энергии или в устройствах с прерывистым режимом работы, например, в передатчиках дистанционного управления или часах.

Никель-кадмиевые батареи, подобные этой, были установлены на канадских геостационарных спутниках связи Anik A, запущенных в 1972–1975 годах и выведенных из эксплуатации десятью годами позже.

Свинцово-кислотные батареи

Свинцово-кислотные аккумуляторные (вторичные) батареи не дороги, легко доступны и широко используются в легковых и грузовых автомобилях, механизмах, ИБП и другом оборудовании.Их напряжение элементов составляет 2 В, а наиболее распространенные напряжения аккумуляторов – 6, 12 и 24 В. Они удобны, если их вес не является важным фактором. Их удельная энергия составляет 33–42 Втч / кг.

Никель-кадмиевые батареи

Никель-кадмиевые (NiCd) аккумуляторные (вторичные) батареи были изобретены более ста лет назад и в 1990-х годах быстро потеряли свою долю рынка в пользу никель-металлогидридных и литий-ионных аккумуляторов. Напряжение NiCd элементов составляет 1,2 В, а их удельная энергия составляет 40–60 Втч / кг.

1,2 В 10 Ач никель-кадмиевые батареи, подобные этой, были установлены в советской ракете «Энергия», использовавшейся для запуска советского корабля-шаттла «Буран» в 1988 году.

Никель-металлогидридные батареи

Никель-металлогидридные (NiMH) перезаряжаемые (вторичные) батареи были изобретены относительно недавно, в 1967 году. Их удельная энергия (объемная) намного выше, чем у никель-кадмиевых батарей, и приближается к плотности энергии литий-ионных батарей. Их номинальное напряжение ячеек равно 1.2 В и удельная энергия 60–120 Втч / кг. Удельная мощность NiMH аккумуляторов (250–1000 Вт / кг) также намного выше, чем у NiCd аккумуляторов (150 Вт / кг).

Литий-полимерные батареи

Литий-полимерные или литий-ионные полимерные аккумуляторные (вторичные) батареи (LiPo, LIP) используют полимерный электролит в виде геля. Благодаря высокой удельной энергии 100–265 Втч / кг они используются там, где вес является важным фактором. К ним относятся сотовые телефоны, самолеты с дистанционным управлением (дроны) и планшетные компьютеры.Из-за своей высокой плотности энергии LiPo-аккумуляторы, которые перегреты и перезаряжены, могут испытывать тепловой разгон , что может привести к утечке, взрыву и возгоранию. Эти батареи также могут расширяться во время хранения, когда они полностью заряжены, что может привести к трещинам в корпусе устройства, в котором они установлены.

Интеллектуальные литий-ионные полимерные батареи для дронов Zerotech Dobby (слева) и DJY Mavic Pro (справа); литий-ионные полимерные батареи могут расширяться во время хранения, когда они полностью заряжены, и из-за этой проблемы рекомендуется разрядить их до 40–65%, если они не будут использоваться в течение 10 дней или более

Литий-железо-фосфатные батареи

Литий-железо-фосфатный Аккумуляторные (вторичные) батареи (LiFePO₄) представляют собой литий-ионные батареи, в которых в качестве катодного материала используется фосфат лития-железа (LiFePO₄), а в качестве анода – графитовый электрод с металлической коллекторной сеткой.Это относительно новая технология, разработанная в начале 2000-х годов, которая имеет много общих преимуществ и недостатков с литий-ионными батареями с другим химическим составом. Напряжение их элементов составляет 3,2 В, и, поскольку оно настолько велико по сравнению с другими химическими соединениями, для номинального напряжения 12,8 В. Эти батареи имеют очень постоянное напряжение во время разряда, что позволяет обеспечивать почти полную мощность до тех пор, пока элемент не разрядится. полностью разряжена. Удельная энергия LiFePO₄ аккумуляторов составляет 90–110 Втч / кг.Литий-железо-фосфатные батареи используются в велосипедах, электромобилях, солнечных лампах, электронных сигаретах и ​​фонариках. Литий-железо-фосфатная батарея 14500 имеет размер AA. Однако его напряжение другое – 3,2 В.

Напряжение аккумулятора

Напряжение аккумулятора определяется химическим составом, используемым внутри его ячеек, а также количеством ячеек, соединенных последовательно. В таблице ниже показаны напряжения различных вторичных и первичных ячеек.

Если первичная батарея состоит из нескольких элементов, соединенных последовательно, ее напряжение может составлять 4,5 В, 12 В, 24 В, 48 V и др.

Емкость аккумулятора

Емкость аккумулятора – это количество электрического заряда, которое аккумулятор может доставить при номинальном напряжении. Обратите внимание, что емкость и емкость – разные электрические величины. Емкость можно измерить в единицах электрического заряда – кулонах (Кл), а емкость – в единицах электрической емкости – фарадах (1 Ф = 1 Кл / В). Однако обычно его измеряют в более удобных ампер-часах (Ач или А · ч) или миллиампер-часах (мА · ч или мА · ч, 1 мА · ч = 1000 А · ч), потому что батареи одного химического состава имеют фиксированное напряжение.Емкость в Ач или мАч обычно указывается на корпусе аккумулятора. Номинальная емкость батареи часто выражается как произведение 20 часов, умноженное на ток, который свежая батарея может обеспечивать в течение 20 часов при комнатной температуре. Реальная (неноминальная) емкость любого аккумулятора зависит от нагрузки, то есть от тока, который она подает на нагрузку, или скорости ее разряда. Чем выше скорость разряда, тем меньше емкость аккумулятора.

Емкость аккумулятора также можно измерить в единицах энергии – ватт-часах (Втч или Вт · ч) – почти в тех же единицах, которые измеряет ваш домашний электросчетчик, который измеряет электрическую энергию, используемую дома, в киловатт- часов (кВтч).1 кВтч = 1000 Втч. Чтобы получить Wh, нужно умножить Ah на номинальное напряжение батареи. Например, аккумулятор 12 В 8 Ач, который часто используется в небольших ИБП, имеет мощность 12 · 8 = 96 Втч.

В следующей таблице показана номинальная емкость батарей 1,2 В и 1,5 В типоразмера AA:

Аккумулятор C-Rate

C-rate ( скорость или C-рейтинг) определяется как разрядный ток, деленный на теоретический потребляемый ток, при котором батарея будет обеспечивать свою номинальную емкость за один час; это безразмерная величина.Например, для батареи с номинальной емкостью C _bat = 8 Ah, разряд 2C обеспечит номинальную емкость батареи за 0,5 часа с током I _bat = 16 A. Разряд 1C батареи Такой же аккумулятор обеспечит номинальную емкость при токе 8 А за один час. Обратите внимание, что C-rate является безразмерным значением, несмотря на то, что C _bat выражается в ампер-часах, а I _bat – в амперах. Также обратите внимание, что аккумулятор будет обеспечивать меньше энергии, если он разряжается с более высокой скоростью заряда.

Глубина разряда

Часто полная энергия, накопленная в батарее, не может быть использована без повреждения батареи. Допустимая глубина разряда (DOD) конкретной батареи, которая иногда указывается в ее технических характеристиках, определяет долю энергии, которая может быть отобрана из батареи. Например, свинцово-кислотные аккумуляторы, предназначенные для запуска автомобильных двигателей, не рассчитаны на глубокий разряд, который может легко повредить их. В них установлены тонкие пластины для достижения максимальной площади поверхности, и, следовательно, максимальный выходной ток может быть легко поврежден глубоким разрядом и особенно повторным глубоким разрядом с высоким пусковым током.Некоторые батареи могут быть разряжены всего на 30%, то есть только 30% их емкости можно использовать для питания нагрузки.

Элементы, батареи и блоки: 1 – батарейный блок 3 В из двух последовательно соединенных щелочных элементов AA по 1,5 В, 2 – элемент размера 1,5 ААА, 3 – батарея 9 В, состоящая из шести последовательно соединенных элементов 1,5 В

В то же время существуют свинцово-кислотные батареи с более толстыми пластинами, предназначенными для регулярной разрядки и зарядки. Эти батареи используются в фотоэлектрических системах и электромобилях.

Последовательное и параллельное соединение элементов и батарей в батарейные блоки

Батарейные блоки используются, когда необходимо объединить несколько батарей для одного приложения. Подключив батареи в блок, можно увеличить напряжение, ток или и то, и другое. Для соединения нескольких батарей в блоке используются три метода:

• Параллельное соединение
• Последовательное соединение
• Последовательное и параллельное соединение

При подключении батарей в блоке батарей следует помнить о некоторых очень важных моментах.Старайтесь использовать для своего банка не только аккумуляторы одного типа, но и аккумуляторы одного производителя и из одной партии. Конечно, никогда не подключайте в один банк аккумуляторы разного химического состава. Если вы подключите разные батареи, даже если ваша конструкция вначале кажется работающей, вы резко сократите срок службы ваших батарей. Если вы не соответствуете емкостям, одна батарея будет разряжаться быстрее, чем другая, что опять же сократит срок их службы.

Последовательное соединение

При последовательном подключении аккумуляторов общее напряжение является суммой отдельных напряжений аккумуляторов, а их емкость в Ач остается неизменной.Например, вы можете подключить два аккумулятора 12 В 10 Ач последовательно, и ваша батарея будет выдавать 24 В и по-прежнему будет иметь емкость 10 Ач. При последовательном подключении используйте толстые перемычки, чтобы соединить отрицательную клемму первой батареи с положительной клеммой второй батареи, затем отрицательную клемму второй батареи с положительной клеммой третьей батареи и так далее. Затем подключите концевые клеммы (одну положительную и одну отрицательную) к нагрузке.

Параллельное соединение

Когда вы подключаете батареи параллельно , их напряжение остается прежним, а их емкость и номинальный ток увеличиваются.Чтобы подключить батареи параллельно, используйте толстые перемычки для соединения всех положительных и отрицательных клемм. Положительный на положительный и отрицательный на отрицательный. Чтобы выровнять нагрузку, подключите положительную клемму нагрузки на одном конце аккумуляторной батареи, а отрицательную клемму нагрузки – на другом конце аккумуляторной батареи. Например, вы можете подключить два аккумулятора 12 В 10 Ач параллельно, и ваша батарея будет выдавать 12 В и иметь емкость 20 Ач.

В этом блоке батарей есть два параллельных набора из трех батарей, соединенных последовательно.

Если вы хотите увеличить напряжение и емкость одновременно, используйте серию и параллельное соединение .Например, если у вас шесть идентичных аккумуляторов 12 В 10 Ач, вы можете создать два набора из трех последовательно соединенных аккумуляторов, которые затем будут подключены параллельно. Ваш новый аккумуляторный блок обеспечит 20 Ач при напряжении 36 В.

Эту статью написал Анатолий Золотков

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 единицу измерения, в которой 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 оставшийся заряд. 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 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.

для автономной работы Калькулятор размера солнечной батареи

БЕСПЛАТНАЯ установка в стойку! Закажите пакет «American Solar Essentials» или «All American» здесь и получите БЕСПЛАТНОЕ крепление на крышу или 50% СКИДКУ на стеллажи для наземного крепления (пока запасы есть в наличии)!

У нас есть для вас системы и комплекты! Закажите до 7 декабря, чтобы охватить все льготы 2021 года!

Сколько энергии вам нужно?

Определить, сколько батарей вам нужно, может быть непросто.

Если у вас недостаточно емкости аккумулятора, у вас заканчивается энергия, и вам нужно добавить резервную солнечную батарею и запустить резервный генератор.

С другой стороны, если вы покупаете слишком много аккумуляторов, вы добавляете ненужные расходы вашей системе из-за дополнительных компонентов, сложности и обслуживания.

Определение размеров солнечных батарей – один из первых шагов при проектировании автономной системы.

Требуемый объем аккумуляторной батареи зависит от потребления энергии. Энергопотребление измеряется в киловатт-часах за период времени.

После оценки ежедневного использования нам необходимо подумать, какой тип батареи будет работать лучше всего, поскольку они обладают уникальными характеристиками и имеют разный размер.

Определение размера вашей аккумуляторной батареи

Точные вычисления для определения размера вашей аккумуляторной системы основаны на вашем ежедневном потреблении энергии и типе батареи. На основе использования 10 кВтч в день, вот несколько примеров:

Размер свинца

10 кВтч x 2 (для 50% глубины разряда) x 1,2 (коэффициент неэффективности) = 24 кВтч

Размер лития

10 кВтч x 1.2 (для 80% глубины разряда) x 1,05 (коэффициент неэффективности) = 12,6 кВтч

Емкость аккумулятора указывается либо в киловатт-часах, либо в ампер-часах.

Например, 24 кВтч = 500 ампер-часов при 48 В → 500 Ач x 48 В = 24 кВтч

Обычно рекомендуется округлить, чтобы покрыть неэффективность инвертора, падение напряжения и другие потери. Думайте об этом как о минимальном размере банка батарей, основанном на вашем типичном использовании. Вы можете рассмотреть емкость 600-800 ампер-часов, основываясь на этом примере, в зависимости от вашего бюджета и других факторов.

Батарейные блоки обычно имеют проводку на 12, 24 или 48 вольт в зависимости от размера системы. Вот примеры аккумуляторных батарей для свинцово-кислотных и литиевых аккумуляторов на основе автономного дома, потребляющего 10 кВтч в день:

Для свинцово-кислотных аккумуляторов 24 кВтч равны:

• 2000 ампер-часов при 12 вольт
• 1000 ампер-часов при 24 вольт
• 500 ампер-часов при 48 вольт

Для лития 12,6 кВтч равно:

• 1050 ампер-часов при 12 вольт
• 525 ампер-часов при 24 вольт
• 262.5 ампер-часов при 48 вольт

На размер батареи влияют другие факторы:

• Температура окружающей среды – тепло или холод имеют большое влияние на производительность и емкость батареи.
• Сезонные факторы. Люди потребляют больше энергии в разное время года. Летом солнце производит больше энергии, чем зимой.
• Бюджет. Размер батарейного блока часто является компромиссом между тем, сколько вы хотите потратить на батареи и как часто вам нужно будет запускать резервный генератор.

Как рассчитать размер солнечной батареи

Наш калькулятор солнечной батареи поможет вам определить идеальный размер батареи, мощность каждой солнечной панели и подходящий контроллер заряда солнечной батареи. Если вы решите построить автономную систему, важно рассчитать ее размер с учетом месяца с наименьшим количеством солнечного света. Таким образом, вы всегда будете иметь доступ к достаточному количеству энергии. При расчете банка солнечных батарей необходимо выполнить несколько шагов.Давайте рассмотрим их ниже:

Шаг 1: Определите свое ежедневное потребление энергии

Эту информацию вы можете найти в своем счете за электричество. Обычно он печатается как ваша ежемесячная выработка в киловатт-часах. Чтобы рассчитать дневную выработку в киловатт-часах, вам нужно разделить это число на 30, а затем умножить на 1000, чтобы преобразовать это число в ватт-часы. Это соответствует одному ватту мощности в течение одного часа. Это первый шаг к определению размера вашей солнечной батареи.

Шаг 2: Оцените, сколько дней ваша Солнечная система будет без Солнца

Если вы не знаете эту информацию, вы можете посмотреть в Интернете среднегодовое количество пасмурных дней для вашего региона. Этот шаг имеет решающее значение для обеспечения круглогодичного доступа к солнечной энергии. Банк солнечных батарей большого размера будет лучше всего использовать в областях с более пасмурными днями, тогда как меньшего размера банка солнечных батарей должно быть достаточно в областях с преобладанием солнечного света. Однако всегда рекомендуется увеличивать размер, а не уменьшать.

Шаг 3. Оцените самую низкую температуру, которую выдержит ваш аккумуляторный блок.

Опять же, вы можете найти в Интернете среднюю низкую температуру для вашего региона. Этот шаг поможет точно предсказать адекватную емкость вашей аккумуляторной батареи.

Как рассчитать ампер-часы

Для расчета количества энергии, хранящейся в батарее, используется другая формула, чем в калькуляторе банка солнечных батарей. Во-первых, вам понадобится информация об электрическом заряде батареи, также известном как ампер-часы.

Давайте рассмотрим шаги по подсчету ампер-часов вашей батареи.

Шаг 1. Проверьте напряжение

Мы будем использовать V для обозначения этого устройства. V обозначает напряжение батареи. Например, стандартное напряжение аккумулятора составляет 12 В.

Шаг 2: Определите количество энергии, хранящейся в батарее

Давайте использовать E для обозначения этого устройства. E представляет собой энергию, запасенную в батарее, которая также выражается в ватт-часах.

Шаг 3. Введите числа в калькулятор ампер-часов батареи или в формулу ниже

Калькулятор будет использовать эту формулу для определения ампер-часов.Вы всегда можете посчитать сами.

E = V * Q

Q (ампер-часы) = E / V

Обратите внимание, что буква Q представляет емкость батареи, измеренную в ампер-часах.

Свинцово-кислотный

• Самая низкая первоначальная стоимость $
• Типичный срок службы: 5-7 лет
• Требуется техническое обслуживание – ежемесячно добавляйте дистиллированную воду и выравнивайте заряд водородный газ

Герметичный свинцово-кислотный

• Более дорогой
долл.
• Самый дорогой
долларов США -сетка свинцово-кислотная (заливная или герметичная) и литиевая.Эти два химического состава обладают уникальными характеристиками. Литиевые батареи более эффективны, а это означает, что в процессе заряда / разряда расходуется меньше энергии. Они также имеют большую глубину разряда, что позволяет полностью использовать всю емкость аккумулятора.

Свинцово-кислотные батареи чувствительны, и их необходимо полностью заряжать каждый день, тогда как литиевые батареи могут оставаться частично заряженными без каких-либо отрицательных последствий. Свинцово-кислотные батареи также имеют более ограниченную полезную емкость и обычно разряжены только на 50%.

Из-за большей эффективности и большей глубины разряда банки литиевых батарей, как правило, составляют всего 50-60% от размера сопоставимого банка свинцово-кислотных аккумуляторов! Литиевые батареи, которые мы используем, созданы специально для автономных солнечных батарей, и в них используется особый химический состав лития, называемый литиевым феррофосфатом (LiFePO4, обычно называемым «LFP»).

Литиевый аккумулятор этого типа разработан для обеспечения длительного срока службы (более 10 лет), при этом он безопасен, со стабильным химическим составом и сложными функциями электронной защиты.

Ознакомьтесь с нашим полным списком аккумуляторных батарей. Все наши аккумуляторные батареи включают высококачественные соединительные кабели, внесенные в список UL. Наши батареи свинцово-кислотных аккумуляторов содержат рефрактометр для измерения уровня заряда аккумуляторов.

ПОСМОТРЕТЬ АККУМУЛЯТОРНЫЕ БАТАРЕИ

Мы предлагаем автономные пакеты с солнечными батареями, стеллажом, кабелем и центром питания. Каждая система имеет несколько вариантов аккумуляторов и все пропорционально размеру, поэтому солнечные панели, инвертор и аккумулятор оптимально работают вместе.Вот примеры полных систем с аккумуляторными батареями:

СМОТРЕТЬ ВНЕСЕТЕВЫЕ СИСТЕМЫ

Это не является исчерпывающим руководством по автономному проектированию.

Воспользуйтесь этой информацией, исходя из вашего энергопотребления, чтобы получить представление о минимальном размере батареи, а затем позвоните нам по телефону 1-800-472-1142, чтобы помочь выбрать лучшее решение для ваших нужд.

Вопросы? Поболтай с нами!

Wil работает в сфере солнечной энергетики более 20 лет; в качестве электрика, установщика солнечных батарей, специалиста службы поддержки и т. д.Он также живет вне сети с 1996 года. Уил и остальная часть команды Unbound Solar готовы ответить на любые ваши вопросы о разработке системы, которая будет соответствовать вашим потребностям.

EV design – расчет батареи – x-engineer.org

Высоковольтная аккумуляторная батарея. Это один из важнейших 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
• запас хода 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 собираемся начать с 4 основных входных параметров:

• химия
• напряжение
• среднее энергопотребление транспортного средства за цикл движения
• диапазон транспортного средства

Аккумулятор состоит из одного или более электрохимических элементов ( аккумуляторных элементов ), которые преобразуют химическую энергию в электрическую энергию (во время разряда) 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
Кредит: [1]

Отдельные аккумуляторные элементы сгруппированы в единый механический и электрический блок, называемый аккумулятором модуль .Модули электрически соединены, образуя аккумуляторный блок .

Существует 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
Предоставлено: [2]

Уровень напряжения батареи определяет максимальную электрическую мощность, которая может подаваться непрерывно.Мощность P [Вт] – это произведение между напряжением U [V] и током I [A] : \ [P = U \ cdot I \ tag {1} \]

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.

\ [E_ {avg} = \ left (E_ {p} + E_ {aux} \ right) \ cdot \ left (2 – \ eta_ {p} \ right) \ tag {2} \]

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 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:

\ [E_ {avg} = \ left (137.8 + 9.241 \ right) \ cdot 1.1 = 161.7451 \ text {Wh / km} \]

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

Архитектура аккумуляторных блоков

Все высоковольтные аккумуляторные блоки состоят из аккумуляторных 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 в виде модулей .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: Цепочка аккумуляторных элементов

Чтобы увеличить текущую емкость батареи, необходимо подключить больше цепочек 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 предлагают новые модели, возможно, данные, используемые 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.

9022 9022 907 0,07 907 0,07 907 0,07 Масса 9022 9022 907 0,076

Производитель	Panasonic	A123-Systems	Molicel	A123-Systems	Toshiba	Kokam
9023 цилиндрический 9022 9022 цилиндрический 9022 907	мешочек	мешочек
Модель	NCR18650B	ANR26650m1-B	ICR-18650K	20Ah	20Ah	9023				907 907 907 22 SL					]	[6]	[7]	[8]	[9]
Длина [м]	0.0653	0,065	0,0652	0	0	0
Диаметр [м]	0,0185	0,026	0,0186	9023					902 [м]	0	0	0	0,227	0,103	0,272
Ширина [м]	0	0	0	0	0.16	0,125	0,082
Толщина [м]	0	0	0	0,00725	0,022	0,0077
0,05	0,496	0,51	0,317
Емкость [А · ч]	3,2	2,5	2,6	19.5	20	15,6
Напряжение [В]	3,6	3,3	3,7	3,3	2,3	3,6
C- 1	10	1	1	1	2
C-скорость (пик)	1	24	2	10	1	1 На основании параметров ячейки, предоставленных производителями, мы можем рассчитать энергосодержание, объем, гравиметрическую плотность и объемную плотность для каждой ячейки.2} {4} \ cdot L_ {bc} \ tag {1} \] где: D bc [м] – диаметр элемента батареи L bc [м] – длина элемента батареи \ [V_ { pc} = H_ {bc} \ cdot W_ {bc} \ cdot T_ {bc} \ tag {2} \] где: H bc [м] – высота аккумуляторного элемента W bc [м] – ширина элемента батареи T bc [м] – толщина элемента батареи Энергия элемента батареи E bc [Вт · ч] рассчитывается как: \ [E_ {bc} = C_ {bc} \ cdot U_ { bc} \ tag {3} \] где: C bc [А · ч] – емкость аккумуляторного элемента U bc [В] – напряжение аккумуляторного элемента Плотность энергии аккумуляторного элемента рассчитывается как: объемная плотность энергии , u В [Вт · ч / м 3 ] \ [u_ {V} = \ frac {E_ {bc}} {V_ {cc (pc)}} \ tag {4 } \] гравиметрическая плотность энергии , u G [Втч / кг] \ [u_ {G} = \ frac {E_ {bc}} {m_ {bc}} \ tag {5} \] где: м до н.э. [кг] – масса элемента батареи Плотность энергии для каждой ячейки сведена в таблицу ниже. Производитель Panasonic A123-Systems Molicel A123-Systems Toshiba Kokam 9023 цилиндрический 9022 9022 цилиндрический 9022 907 подсумок подсумок Модель NCR18650B ANR26650m1-B ICR-18650K 20Ah 20Ah 52 8,25 9,62 64,35 46 56,16 Объем [л] 0,017553 0,034533 0,017553 0,034510 0,017722 902 плотность гравиметрический [Втч / кг] 237,53 108,55 192,40 129,74 90,20 177,16 Объемный л 9022 Вт-ч931 239,06 543,01 244,38 176,52 327 Для лучшего обзора параметров ячеек и упрощения их сравнения основные параметры отображаются в виде гистограмм на изображениях ниже . 9154 С учетом вышеуказанных параметров элемента и основных требований к батарее (номинальное напряжение, среднее энергопотребление и запас хода транспортного средства) мы рассчитываем основные параметры высоковольтной батареи. Требуемая общая энергия аккумуляторного блока E bp [Wh] рассчитывается как произведение среднего энергопотребления E avg [Wh / km] и запаса хода D v [км]. Для этого примера мы спроектируем блок высоковольтной аккумуляторной батареи для пробега автомобиля 250 км . \ [E_ {bp} = E_ {avg} \ cdot D_ {v} = 161.7451 \ cdot 250 = 40436.275 \ text {Wh} = 40.44 \ text {kWh} \ tag {6} \] Выполняются следующие вычисления для каждого типа ячеек.В этом примере мы будем считать, что аккумуляторная батарея состоит только из нескольких строк, соединенных параллельно . Количество элементов батареи, соединенных последовательно N cs [-] в цепочке, рассчитывается путем деления номинального напряжения аккумуляторной батареи U bp [В] на напряжение каждого элемента батареи U bc [ V]. Количество строк должно быть целым числом. Поэтому результат вычисления округляется до большего целого числа. \ [N_ {cs} = \ frac {U_ {bp}} {U_ {bc}} \ tag {7} \] Энергосодержание строки E bs [Вт · ч] равно произведению между количеством элементов батареи, соединенных последовательно N cs [-], и энергией элемента батареи E bc [Вт · ч]. \ [E_ {bs} = N_ {cs} \ cdot E_ {bc} \ tag {8} \] Общее количество комплектов батарейного блока N sb [-] рассчитывается путем деления батареи упаковать полную энергию E bp [Вт-ч] в энергосодержание струны E bs [Вт-ч].Количество строк должно быть целым числом. Поэтому результат вычисления округляется до большего целого числа. \ [N_ {sb} = \ frac {E_ {bp}} {E_ {bs}} \ tag {9} \] Теперь мы можем пересчитать общую энергию аккумуляторной батареи E bp [Вт-ч] как произведение между количеством струн N sb [-] и содержанием энергии каждой струны E bs [Вт-ч]. \ [E_ {bp} = N_ {sb} \ cdot E_ {bs} \ tag {10} \] Емкость аккумуляторной батареи C bp [А · ч] рассчитывается как произведение количества строк N sb [-] и емкость аккумуляторной батареи C bc [Ач]. \ [C_ {bp} = N_ {sb} \ cdot C_ {bc} \ tag {11} \] Общее количество ячеек в аккумуляторном блоке N cb [-] рассчитывается как произведение между количество строк N sb [-] и количество ячеек в строке N cs [-]. \ [N_ {cb} = N_ {sb} \ cdot N_ {cs} \ tag {12} \] Размер и масса высоковольтной батареи являются очень важным параметром, который следует учитывать при проектировании аккумуляторного электромобиля (BEV) . В этом примере мы собираемся рассчитать объем аккумуляторной батареи, учитывая только ее элементы.На самом деле необходимо учитывать и другие факторы, например: электронные схемы, контур охлаждения, корпус батареи, проводку и т. Д. Масса аккумуляторного блока (только элементы) м bp [кг] – это произведение между общим числом ячеек N cb [-] и масса каждого элемента батареи m bc [кг]. \ [m_ {bp} = N_ {cb} \ cdot m_ {bc} \ tag {13} \] Объем аккумуляторной батареи (только элементы) В bp [m 3 ] – это произведение между общим количеством элементов N cb [-] и массой каждого элемента батареи V cc (pc) [m 3 ].Этот объем используется только для оценки окончательного объема аккумуляторной батареи, так как он не принимает во внимание вспомогательные компоненты / системы аккумуляторной батареи. \ [V_ {bp} = N_ {cb} \ cdot V_ {cc (pc)} \ tag {14} \] Объем также может быть вычислен как функция количества строк и количества ячеек в строке. Этот метод расчета больше подходит для цилиндрической ячейки, так как объем, занимаемый цилиндрической ячейкой, должен учитывать воздушный зазор между ячейками. Пиковый ток цепочки I spc [A] представляет собой произведение между пиковым значением C-rate аккумуляторного элемента C-rate bcp [h -1 ] и емкостью аккумуляторного элемента C bc [Ах]. \ [I_ {spc} = \ text {C-rate} _ {bcp} \ cdot C_ {bc} \ tag {15} \] Пиковый ток аккумуляторной батареи I bpp [A] – это продукт между пиковым током цепочки I spc [A] и количеством цепочек аккумуляторной батареи N sb [-]. \ [I_ {bpp} = I_ {spc} \ cdot N_ {sb} \ tag {16} \] Пиковая мощность аккумуляторного блока P bpp [Вт] – это произведение между пиковым током аккумуляторного блока I bpp [A] и напряжение аккумуляторной батареи U bp [В]. \ [P_ {bpp} = I_ {bpp} \ cdot U_ {bp} \ tag {17} \] Непрерывный ток строки I scc [A] – это произведение между непрерывной скоростью C аккумуляторная ячейка C-rate bc [ч -1 ] и емкость аккумуляторной ячейки C до н.э. [Ач]. \ [I_ {scc} = \ text {C-rate} _ {bcc} \ cdot C_ {bc} \ tag {18} \] Аккумулятор , непрерывный ток I bpc [A] является продуктом между последовательным током в цепочке I scc [A] и количеством цепочек аккумуляторной батареи N sb [-]. \ [I_ {bpc} = I_ {scc} \ cdot N_ {sb} \ tag {19} \] Аккумулятор с непрерывным питанием P bpc [Вт] является продуктом между аккумуляторным блоком постоянного тока I bpc [A] и напряжение аккумуляторной батареи U bp [V]. \ [P_ {bpc} = I_ {bpc} \ cdot U_ {bp} \ tag {20} \] Результаты уравнений (7) – (20) суммированы в таблице ниже. Изображение: Напряжение аккумуляторного элемента Изображение: Емкость аккумуляторного элемента Изображение: Объемная плотность энергии аккумуляторного элемента Изображение: Гравиметрическая плотность энергии аккумуляторного элемента Производитель Panasonic A123-Systems Molicel A123-Systems Toshiba Kokam 9023 9023 9022 9022 9022 9022 9022 9022 9022 9022 9022 9022 9022 9022 9022 9022 9022 109 122 174 112 Энергия струны [Вт-ч] 1290 1007 1049 7851 8004 9026 9023 -] 32 41 39 6 6 7 Энергия BP [кВтч] 41.29 41,27 40,89 47,10 48,02 44,03 Емкость BP [А · ч] 102,4 102,5 101,4 101,4 # всего ячеек [-] 3584 5002 4251 732 1044 784 Масса BP [кг] * 173.8 380,2 212,6 363,1 532,4 248,5 Объем BP [л] * 63 173 7523 907 2722 907 2722 907 2722 907 Пиковый ток BP [A] 102,4 2460 202,8 1170 120 327,6 Пиковая мощность BP [кВт] 40.96 984 81,12 468 48 131,04 BP постоянный ток [A] 102,4 1025 101,4 907 117 21722 907 21722 907 21722 907 21722 907 21722 907 Длительная мощность BP [кВт] 40,96 410 40,56 46,8 48 87,36 BP – аккумуляторный блок * – с учетом только данных аккумуляторов Из таблицы мы можем видеть, что ячейка карманного типа имеет 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. Изображение: Энергия батарейного блока Изображение: Емкость батарейного блока Изображение: Общее количество ячеек батарейного блока Изображение: Масса батарейного блока (только элементы) Изображение: Объем аккумуляторного блока (только элементы) Из-за малой емкости цилиндрических элементов по сравнению с элементами пакета количество элементов, 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, используя калькулятор 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.Эльзевьер Баттерворт-Хайнеманн, 2004 г., стр. 129. [4] https://industrial.panasonic.com/ [5] http://www.a123systems.com/ [6] http: //www.molicel. Больше новостей Добавить комментарий Отменить ответ Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены * Комментарий * Имя * Email * Сайт