Existuje rozdíl mezi baterií a dobíjecí baterií, jak převést Ah na kWh a co s tím mají společného farady?

Víte, jak funguje baterie v autě se spalovacím motorem? A co v elektromobilu? Proč je kapacita v prvním případě uvedena v ampérhodinách a ve druhém v kilowatthodinách? A jaká je vůbec kapacita baterie? Jak je to ve srovnání s dojezdem a množstvím elektřiny? Nastal čas se s těmito problémy jednou provždy vypořádat.

První věc, kterou potřebujete vědět o elektrických bateriích, je to, že přísně vzato, neskladují elektřinu. Produkují ho během chemické reakce.

Akumulaci elektřiny provádějí zcela jiná zařízení – kondenzátory. Jejich kapacita se měří ve faradech – to jsou hodnoty, které charakterizují schopnost pojmout určité množství elektřiny. Kondenzátory se ale pro elektromobily nehodí: přijímají náboj, uvolňují ho, ale špatně se skladují. V důsledku toho se kondenzátory používají například v elektrických obvodech k vyrovnání napěťových rázů: přebytečné absorbují a okamžitě je plynule uvolňují zpět.

Čas od času se objevují zprávy o pokusech využít vysokokapacitní kondenzátory (superkondenzátory) jako zdroje energie pro automobily. Tímto směrem uvažovali zejména designéři notoricky známých domácích „e-mobilů“. V důsledku toho se však záležitost nikdy nedostala nejen do sériových vozů, ale ani do běžících modelů.

Obecně pro nás nejsou vhodné kondenzátory, jejichž kapacita se měří ve faradech. Pojďme k bateriím.

Zásadní rozdíl mezi baterií je v tom, že se nejedná o fyzické zařízení, ale o elektrochemické zařízení. Uvnitř každé baterie, ať už je to tradiční olověná baterie v autě Žiguli nebo lithium-iontová baterie v Tesle a většině chytrých telefonů, dochází k chemické reakci, která produkuje elektrický proud. Tato reakce je vratná: když elektrický proud prochází zpět baterií, chemická reakce se obrátí a zařízení se „nabije“.

Hlavní výhodou oproti kondenzátoru je, že baterie může zůstat v „nabitém“ stavu poměrně dlouhou dobu – dny a dokonce i měsíce. Existují i ​​nevýhody – například baterie nemůže uvolnit všechnu energii v ní nahromaděnou najednou, potřebuje k tomu chemickou reakci a to vyžaduje čas.

Baterie tedy na rozdíl od kondenzátoru elektrickou energii neakumuluje – vyrábí ji. A právě to, jaký proud a jak dlouho baterie produkuje, charakterizuje její „kapacitu“.

Pro měření takové kapacity je třeba změřit parametry generovaného proudu. Změřte například sílu proudu a dobu, po kterou nezeslábne. Proud se měří v ampérech, čas se měří v hodinách, takže se ukazuje, že kapacita jakékoli baterie se měří v ampérhodinách nebo Ah.

Zde je důležité pochopit, že tato kapacita se měří výhradně empiricky. Pokud baterie vyrobila své ampérhodiny, neznamená to, že přestala vyrábět elektřinu. To znamená, že již není schopen produkovat požadovaný proud. Například u olověné autobaterie se proud měří během 20hodinového vybíjecího cyklu. Pokud se rovná 3 ampérům, pak je kapacita 60 Ah. To ale neznamená, že po 20 hodinách bude baterie zcela vybitá.

Jak udělat baterii větší? Na první pohled je nejzřetelnějším způsobem zvýšení množství látky zapojené do chemické reakce. Pak se buď zvýší proud, nebo reakce bude moci trvat déle – v každém případě se zvýší počet ampérhodin. Ale je tu nuance.

Bez ohledu na to, jak velká je baterie, bez ohledu na to, kolik lithia se spotřebuje na její výrobu, napětí výsledného proudu bude konstantní. Tento parametr je vlastní chemické reakci samotné a zvýšením množství látky nelze měnit aktuální napětí.

Například u olověných baterií je to 2 volty a u lithium-iontových baterií je to 3,7 voltu. Abychom byli přesní, napětí se stále pohybuje v nějakých mezích, ale v průměrné (nominální) hodnotě je konstantní.

Jak tedy auta dosáhnou 12 voltů? Je to velmi jednoduché – připojte baterie do baterie. Typická olověná baterie vyžaduje šest 2voltových baterií spojených dohromady.

Obecně lze baterie zapojit dvěma způsoby: sériově a paralelně. Pokud připojíme baterie paralelně, pak ve skutečnosti jednoduše zvětšíme velikost baterie: počet ampérhodin se zvýší, ale napětí zůstane nezměněno. Pokud je zapojíte do série, stane se opak: napětí se zvýší, ale počet ampérhodin zůstane stejný, protože proudová síla se nemění.

Řekněme, že máte dvě AA lithium-iontové baterie s kapacitou 1 Ah. Pokud je zapojíte paralelně, celková kapacita bude 2 Ah a napětí se nezmění. A pokud paralelně, napětí se zvýší na 7,2 voltů, ale kapacita zůstane stejná – 1 Ah. Je jasné, že skutečné množství elektrické energie z těchto baterií k napájení něčeho se v obou případech zdvojnásobí.

Ukazuje se, že kapacita měřená v Ah je orientační pouze pro jednotlivé baterie s pevným napětím. U baterií, jejichž napětí může být libovolné, je správnější a pohodlnější měřit praktickou kapacitu v kilowatthodinách. Co je to kilowatt? Jedná se o jednotku výkonu, tedy o práci, kterou dokáže vyrobit elektrický proud. Výkon proudu 1 ampér při napětí 1 volt je 1 watt a tisíc wattů je kilowatt.

Chcete-li zjistit kapacitu baterie ve Wh, stačí vynásobit její ampérhodiny napětím ve voltech. Pro převod na kWh vydělte výslednou hodnotu tisíci. Například olověná baterie běžného auta se spalovacím motorem, která si řekne 60 Ah, s napětím 12 voltů bude mít kapacitu 12 * 60 = 720 Wh nebo /1000 – 0,72 kWh.

Tento výpočet je však dost hrubý. Jak již bylo zmíněno v tomto článku, kapacita buď baterie v ampérhodinách nebo baterie v kilowatthodinách je charakteristika získaná empiricky a neodráží celkové množství elektřiny, které je baterie schopna vyrobit, ale její schopnost napájet jakýkoli elektrický spotřebič. Například trakční motor.

Řekněme, že motor elektromobilu při jízdě konstantní rychlostí 100 km/h po rovné silnici spotřebuje proud 20 kW. To znamená, že baterie s kapacitou 100 kWh vydrží pět hodin nebo 500 km.

Pro ilustraci toho, že Ah nelze snadno převést na kWh, si připomeňme příběh Tesly Model 3. Automobilka při prezentaci hned neuvedla kapacitu baterie. Ale americké vládní agentury, které testovaly auto pomocí svých vlastních metod, obdržely následující údaje: jmenovité napětí 350 voltů, kapacita – 230 Ah. Vynásobením těchto čísel dostaneme 80,5 kWh. Generální ředitel Tesly Elon Musk však tyto výpočty vyvrátil: říkají, že v reálném životě tolik nevymáčknete pouze 75 kWh nabití na pohon trakčního elektromotoru.

Jaký je tedy výsledek? Na co se zaměřit? Přesně pro kapacitu v kWh. Za prvé, všechna elektrická vozidla mají různá napětí, takže kapacita Ah není orientační (pokud neznáte typ a počet základních baterií v baterii). Za druhé, moderní baterie nejenže nejsou schopny dodat požadovaný proud až do úplného vybití, ale v zásadě se bojí vybít na nulu – to je kazí.

Důležité tedy není množství elektřiny v baterii, ale práce, kterou elektromotor při napájení z baterie zvládne. V konečném důsledku to určuje dojezd vozidla na jedno nabití.

A kWh je také výhodná, pokud se chystáte používat svůj elektromobil jako úložiště energie pro váš domov. Spotřeba elektřiny domácími spotřebiči – ať už je to žárovka nebo lednička – se měří v kWh – tyto jednotky se počítají měřičem. Sami tak můžete odhadnout, kolik hodin nebo dní vám baterie elektromobilu vydrží, pokud u vás doma vypadne proud.

Primárním použitím ampérhodin je označení kapacity baterie.

Při spuštění proudu 1 ampéru vodičem po dobu jedné hodiny, průřezem, získáme naši charakteristiku – ampérhodinu. Pro usnadnění se kapacita někdy měří v menších jednotkách – miliampérhodinách.

Na domácích zařízeních se často nacházejí informace o této charakteristice, například na telefonech najdete označení – 5000 mAh. Toto je kapacita baterie umístěné ve smartphonu. Dále se podíváme, co nám tato charakteristika ukazuje v reálném životě.

Například nyní známe sílu proudu, která nám umožňuje používat baterii až do konečného napětí. To je 10,8 voltů. Vybíjecí cykly u nich trvají buď 10, nebo 20 hodin.

Nyní chápeme, že po dobu 20 hodin můžeme z baterie přijímat proud 3,1 ampéru. Během tohoto procesu neuvidíme napětí pod 10,8 voltu.

Jaký je vztah mezi kapacitou baterie (ampérhodinou) a její energií (watthodinou)?

Někdy zařízení uvádějí svou kapacitu ve watthodinách, například na fotografii baterie telefonu.

Jak to převedeme na jednotky, které již známe? Musíme použít níže uvedený vzorec:

• 1 watthodina se rovná 1 voltu vynásobenému 1 ampérhodinou

Výpočet obvyklé kapacity je snadný:

• 6,48 watthodin / 3,7 voltů = 1,75 ampérhodin.

Čtěte také: Jak rozlišit baterii od dobíjecí baterie

Takto se vypočítá kapacita baterie, když známe uloženou energii.

Jaké další typy kapacity baterií existují?

Pro charakterizaci používání baterie po určitou dobu s určitým výkonem se používá charakteristika zvaná energetická kapacita baterie. Zpočátku tato metoda určování kapacity pochází ze Severní Ameriky, ale tento systém měření přijali i zahraniční výrobci. Obvykle se časový interval určuje na 15 minut. Následující vzorec nám umožní určit energetickou kapacitu baterie:

Energetická kapacita = výkon při 15 minutách vybíjení / 4

Ampérhodiny se používají k charakterizaci energetické kapacity.

Další způsob měření energetické kapacity k nám přišel ze Spojených států. Nazývá se rezervní kapacita a ukazuje, jak dlouho vydrží auto na baterii, pokud se mu porouchá alternátor. Rezervní kapacita se vypočítá takto:

Ampérhodiny = minuty provozu / 2.

Je důležité si uvědomit, že kapacita baterií uvedená výrobcem je vypočítána za určitých podmínek. Ve většině případů se pro vybití baterií používá časový interval 10 nebo 20 hodin.

To znamená, že například baterii s kapacitou 55 Ah lze vybíjet 10 hodin v kuse proudem 5,5 ampéru. Je však třeba si uvědomit, že baterii nebudete moci vybíjet proudem 55 ampérů celou hodinu, protože doba vybíjení se zkracuje v závislosti na výkonu.

Jak můžete zvýšit kapacitu celého obvodu, pokud je v něm několik baterií? Můžete je jednoduše zapojit paralelně. Pokud je zapojíte sériově, kapacita zůstane nezměněna.

Při výpočtu kapacity od výrobce zjistěte dobu vybíjení baterie (10 nebo 20 hodin). Poté vypočítejte požadovaný proud a začněte baterii vybíjet. K tomu se vám bude hodit následující vzorec:

E – deklarovaná kapacita,

T — 20 nebo 10 hodin,

Vždy byste měli sledovat napětí na svorkách baterie. Jakmile dosáhne 10,8 voltů, zastavte vybíjení. Poté vynásobte dobu vybíjení baterie použitým proudem. Tímto způsobem získáte skutečnou, nikoli deklarovanou kapacitu baterie (A/h).

Místo rezistorů můžete použít autožárovky (12 voltů) s požadovanou kapacitou. Výkon je nutné zvolit v závislosti na tom, jaký vybíjecí proud potřebujete. Řekněme, že chcete výstupní proud dva ampéry. Pak je třeba vynásobit napětí (12) požadovaným proudem (2) a získat 24 wattů.

Upozornění! Nenechávejte baterii vybitou. Po takové operaci je lepší ji ihned nabít. Pokud je baterie bezúdržbová, takovou operaci vůbec neprovádějte. Je to proto, že při silném vybití kapacita nevratně klesá.

Využití baterie

Existuje mnoho typů baterií, které se používají v různých gadgetech, oblastech a systémech:

1. V energetice se jako nouzový zdroj energie pro železniční přejezdy používají rozvodny telekomunikačních zařízení a stacionární olověné baterie.
2. Nikl-kadmiové baterie se používají k napájení důlních kladkostrojů, komunikačních zařízení a ke spouštění dieselových stanic a leteckých motorů.
3. Nikl-metal hydridové baterie se používají pro autonomní napájení přenosných zařízení.
4. Přenosná zařízení jako jsou mobilní telefony, reproduktory, fotoaparáty jsou napájeny Li-ion bateriemi.
5. Některé přenosné přístroje mohou být vybaveny lithium-polymerovými bateriemi. Obvykle jsou umístěny se zvýšenou bezpečností a zvýšenou životností ve srovnání s Li-ion.

Již několik desetiletí v řadě jsou Li-ion baterie považovány za nejlepší pro malá zařízení díky rychlému nabíjení, vyšší kapacitě v poměru k velikosti, nižší hmotnosti a delší životnosti.

Jak poznáte, kolik ampérhodin má vaše baterie skutečně?

Uvažujme proces kontroly kapacity na příkladu autobaterie. Takové řízené vybíjení lze ale provést u jakékoli baterie. Lišit se budou pouze naměřené hodnoty.

Abyste zkontrolovali skutečný počet ampérhodin vaší baterie, musíte ji plně nabít. Stav nabití zkontrolujte hustotou elektrolytu. Plně nabitá baterie by měla mít hustotu elektrolytu 1,27–1,29 g/cm3. Poté je třeba sestavit obvod znázorněný na následujícím obrázku.

Obvod pro řízení vybíjení baterie

Musíte zjistit, pro jaký režim vybíjení je kapacita vaší baterie specifikována (10 nebo 20 hodin). A baterii nechte vybíjet proudem vypočítaným podle níže uvedeného vzorce.

E – jmenovitá kapacita baterie,

T – 10 nebo 20 hodin.

Tento proces vyžaduje neustálé sledování napětí na svorkách baterie. Jakmile napětí klesne na 10,8 voltů (1,8 na baterii), musí se vybíjení zastavit. Doba, po kterou byla baterie vybíjena, se vynásobí vybíjecím proudem. To dává skutečnou kapacitu baterie v ampérhodinách.

Pokud nemáte rezistor, můžete použít autožárovky (12 voltů) s vhodnou kapacitou. Výkon žárovky vyberte podle toho, jaký vybíjecí proud potřebujete. To znamená, že pokud potřebujete vybíjecí proud 2 ampéry, pak bude výkon 12 voltů vynásobených 2 ampéry. Celkem 24 wattů.

Vybíjení baterie žárovkami automobilu
Důležité! Po vybití baterii ihned nabijte, aby nebyla v takto vybitém stavu. U bezúdržbových baterií je lepší takové vybíjení vůbec neprovádět. Při tak hlubokém vybití mohou ztratit část své kapacity.

Co se děje během provozu?

Bohužel postupem času procházejí všechny dobíjecí baterie procesy chemického stárnutí. Tím se kapacita postupně snižuje, což vede k nutnosti častého nabíjení. Kromě tohoto procesu se může snížit maximální okamžitý výkon baterie (také nazývaný špičkový výkon).

Aby zařízení s dobíjecí baterií správně fungovalo, musí mít všechny elektricky závislé součásti okamžitý přístup k napájení.

Hlavním faktorem ovlivňujícím okamžitý přenos náboje do baterie je její celkový odpor. Pokud je vysoká, pak dobíjecí baterie nebude vždy schopna dodat náboj potřebný pro kvalitní provoz zařízení. Z tohoto důvodu se nemusí spustit nebo přestat fungovat. Impedance baterie se může zvýšit:

1. Trvale během chemického stárnutí.
2. Krátkodobě při nízké úrovni baterie.
3. Dočasně při nízkých a záporných teplotách vzduchu.

Pokud se zvýšením odporu překročí minimální napěťový práh pro provoz na baterie (to znamená, že se zmenší množství dodávané mAh), nebude možné udržet autonomní provoz zařízení.

Metody měření kapacity baterie

Existuje několik způsobů, jak to měřit, metoda dlouhodobého vybíjení a použití speciálního elektronického testeru. První z nich je hlavní a nejoblíbenější, protože je přesnější.

Metodou dlouhého vybíjení

Abyste mohli baterii otestovat, budete ji muset ze zařízení vyjmout, bude to jednodušší a bezpečnější. První věc, kterou musíte udělat, je baterii zcela vybít. Poté ji zatěžte a vybijte ještě více. To je nutné k získání hodnoty napětí, kterou budete později potřebovat. Dalším krokem bude zařízení plně nabít a znovu vybít pomocí elektrické zátěže. K tomu potřebujete speciální program s názvem Tester software. V něm musíte nastavit napětí alespoň na 2,8 V. Po dokončení všech kroků budete moci vidět skutečnou kapacitu regenerátoru energie.

Použití speciálního elektronického testeru

Nejznámější a nejpřesnější výpočet. Existuje mnoho dobrých testerů, ale mezi nimi je i mnoho špatných zařízení, která mohou být velmi nepřesná, proto je lepší koupit osvědčené nebo známé testery. Aby byly výsledky přesnější, je nutné provádět měření během vybíjení, nikoli během nabíjení.

Která kapacita baterie je lepší?

Výrobce již poskytl nejlepší možnost kapacity. Stačí zjistit, jaká je pro daný model.

Jak vybrat kapacitu baterie?

Pokud vybíráte baterii pro své auto, můžete použít níže uvedenou tabulku, která ukazuje požadovanou kapacitu na základě objemu motoru.

Kapacita baterie (A/h)	Vozidlo	Objem motoru (l)
55	Auta	1-1,6
60	Auta	1,3-1,9
66	Crossovery, SUV	1,4-2,3
77	Lehké nákladní automobily	1,6-3,2
90	Středně těžká nákladní vozidla	1,9 – 4,5
140	Nákladní automobily	3,8 – 10,9
190	Speciální technika (rypadla, buldozery)	7,2 – 12
200	Nákladní automobily, silniční vlaky	7,5 – 17
Kapacita baterie (A/h)	Vozidlo	Objem motoru (l)

Pro osobní automobily je baterie s kapacitou 50–65 Ah tak akorát, pro výkonnější vozy – 70–95 Ah. Tip: pokud tankujete naftu, ne benzín, nebo má auto v síti mnoho spotřebičů, klidně zvyšte kapacitu o 10–15 Ah.

Pokud je vaše auto často v chladu, může vám pomoci rezervní kapacita, protože baterie v zimě ztrácí svou kapacitu. Pozorování ukazují, že při poklesu okolní teploty o 1 stupeň, po 20 °C, baterie ztrácí 1 ampérhodinu.

Nevybírejte si ale příliš velkou baterii, protože to nedává smysl. Alternátor auta jednoduše nebude schopen nabít baterii na maximální kapacitu. Takže nakonec jen přeplatíte za zbytečnou kapacitu baterie, kterou nevyužijete.

Příklad výpočtu výstupního proudu v autobaterii

Auta používají těžké baterie s vysokou kapacitou. Například kapacita baterie 6CT-62N je 62 Ah. Z této hodnoty můžete vypočítat proud, který bude zařízení vybíjet rovnoměrně na konečné napětí. V autě se rovná 10,8 V. Měření se provádějí na základě počátečních údajů:

1. Kapacita – 62 Ah.
2. Doba vybíjení – 20 hodin.
3. Pracovní U – 12V.
4. Konečné napětí je 10,8V.

Chcete-li zjistit, kolik proudu může baterie produkovat po dobu 20 hodin, měli byste:

Navíc můžete kapacitu Ah převést na měrnou jednotku – coulomb. 1 C/s = 1 A nebo 1 Ah = 3600 C.

• https://akkumulyatoryavto.ru/chto-takoe-amper-chasy-v-akkumulyatore/
• https://WiFiGid.ru/poleznoe-i-interesnoe/mah
• https://akbinfo.ru/ustrojstvo/chto-takoe-amper-chasy-v-akkumuljatore.html
• https://warmsteel.ru/akb/akkumuljatory/avtomobilnye/chto-takoe-jomkost-batarei/