Аккумулятор – это хранилище энергии. Способность накапливать и отдавать энергию – совершаемая работа. Измеряется накопленная энергия единицами емкости ампер-часами(А*ч) или миллиампер-часами (мА*ч). Каждая батарея обладает емкостью – способностью поддерживать работу на одном заряде с постоянной силой тока в течение определенного периода. Эта же величина влияет на количество энергии, принятое от зарядного устройства. Способность накапливать энергию зависит от типа аккумуляторов и их размеров. Чем больше активная масса, тем большая мощность у аккумулятора.
Почему измерение ёмкости проводится в ампер часах?
Что такое «Ампер в час»? – это единица измерения электрического заряда, основное назначение которое выражается ёмкостью АКБ. Внесистемной единице можно дать логическое объяснение.
СПРАВКА! Одним «Ач» считается заряженный электрон, что проходит на протяжении одного часа сквозь площадь металлического проводника при пропускании тока в 1 Ампер.
То есть теоретически – полностью заряженная батарея с ёмкостью в 1000 мАч готова демонстрировать силу тока в 1 А в течении 1 ч. Если потребуется ток 10А, то АКБ сможет выдать его в течении 0,1 ч. Если нужен ток в 0,2 А, батарея будет выдавать его за 5 часов. Логика перевода здесь ясно прослеживается.
В малогабаритных аккумуляторах для удобства счисления используют значение миллиампер в час. В редких случаях используют микроампер в час. Этими АКБ оснащаются малые устройства – в основном электроника.
В реалиях ёмкость батареи приводят, опираясь на двадцатичасовой цикл разряда до «Minimum»-значения «Umin» – тот параметр, до которого лучше не доводить перезаряжаемую батарею.
Рассмотрим на реальных примерах, что значит значение ёмкости.
Номинальная и резервная емкость батареи
Номинальная емкость АКБ является важнейшей характеристикой и определяет общее количество электроэнергии, которое на 100% заряженный аккумулятор способен отдавать в течение определенного времени.
Чем выше оказывается данный показатель, тем дольше батарея будет питать электросеть автомобиля на одном заряде (АКБ 60 Ач способна отдавать ток 1 ампер на протяжении 60 часов, 2 ампера в течение 30 часов и т.д.).
- Что касается резервной емкости – это значение, указывающее на время отдачи заряда 25А при оптимальной температуре 25°С до конечного минимального значения 10.5 В. Информация о резервной мощности есть не на всех батареях, однако на современных АКБ встречается все чаще.
Измеряют резервную мощность в минутах. Зачастую, при номинальной мощности 60 Ач резервная мощность составляет 90 или 100 минут. Данный показатель позволяет понять, сколько автомобиль «продержится» на заряде от АКБ в случае поломки генератора.
Пример расчета выдаваемого тока в автомобильном АКБ
В авто используют увесистые аккумуляторы с большой емкостью. Например, ёмкость аккумулятора 6CT-62N равна 62 Ач. Из этого значения можно рассчитать силу тока, которая будет разряжать устройство равномерно до конечного напряжения. В автомобиле оно равно 10,8 В. Измерения делаются исходя из исходных данных:
- Ёмкость – 62 Ач.
- Время разряда – 20 часов.
- Рабочее U – 12 В.
- Конечное напряжение – 10,8 В.
Чтобы узнать, какой ток способен выдавать аккумулятор на протяжении 20 часов, следует:
62 / 20 = 3,1 А
Дополнительно, перевести ёмкость Ач можно в единицу измерения – кулон. 1 Кл/с = 1 А, или 1 Ач = 3600 Кл.
Как выбрать ёмкость аккумулятора?
Для автомобилей аккумулятор можно подобрать по объёму двигателя. В таблице ниже можно посмотреть соответствие объёма двигателя ёмкости аккумулятора.
| Ёмкость аккумулятора, А-ч | Транспортное средство | Объем двигателя, л |
| 55 | легковые автомобили | 1 — 1,6 |
| 60 | легковые автомобили | 1,3 — 1,9 |
| 66 | легковые автомобили (кроссоверы, внедорожники) | 1,4 — 2,3 |
| 77 | грузовые автомобили малой грузоподъемности | 1,6 — 3,2 |
| 90 | грузовые автомобили средней грузоподъемности | 1,9 — 4,5 |
| 140 | грузовые автомобили | 3,8 — 10,9 |
| 190 | спецтехника (экскаваторы, бульдозеры) | 7,2 — 12 |
| 200 | грузовые автомобили (фуры, автопоезда) | 7,5 — 17 |
| Ёмкость аккумулятора, А-ч | Транспортное средство | Объем двигателя, л |
Для легкового автомобиля класс седан или хэтчбек вполне хватит аккумуляторов ёмкостью 50─65 ампер-часов. Для внедорожников и крупных кроссоверов подойдут АКБ 70─95 ампер-часов. Если у вас автомобиль с дизельным двигателем и (или) большим числом потребителей тока в бортовой сети, то стоит взять аккумулятор с номинальной ёмкостью на 10─15 ампер-часов больше вышеназванных цифр.
Небольшой запас пригодиться и в зимнее время, когда из-за снижения температуры АКБ теряет часть своей ёмкости. Есть эмпирическая зависимость, согласно которой при снижении температуры ОС от 20 С на один градус аккумулятор теряет 1 ампер-час.
Излишняя ёмкость тоже ни к чему. Ведь бортовая сеть того или иного авто рассчитана на определённые характеристики АКБ. К примеру, генератор малолитражки просто не справится с зарядом АКБ для дизельного внедорожника. В результате батарея будет постоянно не заряжена до конца. При этом никаких преимуществ более ёмкого аккумулятора вы не получите, а только переплатите лишнего за ненужные ампер-часы. Советуем также прочитать статью о ремонте аккумулятора автомобиля.
Перевод в Вт/ч
Изготовителей аккумуляторных батарей условно необходимо поделить на две касты:
- Первые указывают «запасаемый заряд» (в ампер/часах) аккумулятора.
- Вторые пишут «запасаемую энергию» в Втч.
Самое интересное, эти единицы измерения указывают на ёмкость аккумулятора. Для измерения максимально точного значения ёмкости путем перевода Втч в Ампер часов, необходимо провести математический расчет с использованием интегралов от показателя мгновенной мощности, которое выдает перезаряжаемая батарея при разряде.
Но если рассчитать нужно приблизительно, можно оперировать средними показателями напряжения и используемого тока, приведя все данные к такому знаменателю:
1 Вт = 1В*1А
Если приплюсовать сюда время, выйдет:
1Втч=1В*1Ач
Расшифровка формулы следующая – запасаемая энергия (ватт-час) с допустимой погрешностью равна произведению запаса заряда (Ампер часы в аккумуляторе) на напряжение (В, среднее).
Е=q*U
Или:
E=q*U*3600
Если Вт конвертировать в Дж.
Вернемся к примеру, с АКБ, который необходим для стартера. В нем сказано, что запасаемые заряд равен 62 Ач, рабочее напряжение – 12 В.
Ёмкость (запасаемая энергия) с допустимой погрешностью равняется:
62 Ач * 12 В = 744 Втч = 744 Втч*3600 = 2,678 МДж.
Как измерить емкость?
Для примера можно взять любую аккумуляторную батарею либо прибор, хорошо подойдет сотовый телефон. При помощи тестера проведем замер тока нагрузки. Далее нужно полностью разрядить аккумулятор и поставить на зарядку. Замерить время до его полной зарядки, посчитать по формуле:
Если ток потребления 1,15 А или 1150 мА, время зарядки составило 3 часа, то в итоге получаем:
C б = 1150*3 = 3450 мА*ч.
Как измерить емкость батарейки мультиметром?
Величину C б в числовом выражении измерить мультиметром фактически не получится. Однако можно измерить один показатель, в данном случае, ток нагрузки I н и подставляя в формулу – I н * t, после проведения зарядки батареи за определенный промежуток времени — t, произвести расчеты значения C б.
Применение АКБ
Есть множество типов аккумуляторов, которые используют в различных гаджетах, направлениях и системах:
- В энергетике, подстанциях телекоммуникационного оборудования, в качестве аварийного источника питания железнодорожных переездов применяются стационарные свинцовые аккумуляторы.
- Для питания шахтерских подъемников, средств связи, для запуска дизельных станций и двигателей авиации применяют Никель-кадмиевые АКБ.
- Для автономного питания портативных приборов используют Никель-металлогидридные АКБ.
- Портативные устройства, типа мобильного телефона, колонок, камер питаются с помощью Li-ion аккумуляторов.
- Некоторые портативные гаджеты могут снабжаться литий-полимерными АКБ. Их обычно позиционируют с повышенной безопасностью и увеличенным ресурсом, по сравнению с Li-ion.
Уже несколько десятилетий подряд Li-ion АКБ считаются наилучшими для небольших устройств из-за быстрого заряда, большей ёмкости в соизмерении с размером, имеют меньший вес и более долгий срок службы.
Что такое емкость аккумулятора
Аккумуляторная батарея (АКБ) – устройство для многоразового накопления и расходования электрической энергии. Объем накапливаемой энергии и есть емкость аккумуляторной батареи. От чего зависит емкость АКБ? В первую очередь от площади гальванической пары.
Каждый аккумулятор имеет катодные и анодные пластины, создающие определенный электрический потенциал. Называются эти пластины гальванической парой, а аккумуляторы – гальванической батареей. Чем больше площадь пластин гальванической пары, тем больше объем энергии. Для увеличения напряжения последовательно соединяют несколько гальванических пар. Получается батарея, рассчитанная на определенное напряжение. При этом емкость аккумулятора тоже увеличивается за счет каждой добавленной пары.
Совершенствование технологии в производстве аккумуляторов позволяет добиваться повышения емкости при сохранении или даже уменьшении размеров АКБ. Например, за счет изменения толщины пластин в парах. В основной состав применяемого материала добавляют различные компоненты для улучшения прочности конструкции катода и анода, устойчивости к химическим процессам. Так, кальций постепенно вытесняет сурьму из свинцово-кислотных батарей.
Изменяют и технологию изготовления пластин. Вместо плоских появились сепараторные. Сепараторы стали заполнять пастами и намазками, состав которых тоже постоянно совершенствуется. Все это позволяет получать большую емкость, срок службы и в некоторых случаях более высокий потенциал пары.
Напряжение гальванической пары зависит от технологии, применяемой в накоплении энергии. Существует более 30 типов аккумуляторов, определяемых по применяемым материалам. Выше потенциал пары – выше электроемкость батареи. Серийно выпускаемые аккумуляторы по видам применяемых материалов чаще всего бывают:
| Гальваническая пара | Напряжение пары, В |
| свинцово-кислотные, Pb | 2,1 |
| никель-кадмиевые, Ni-Cb | 1,2 |
| никель-металл-гидридные, Ni-MH | 1,2 |
| литий-ионные, Li-ion | 3,7 |
| литий-полимерные, Li-pol | 3,7 |
| никель-цинковые, Ni-Zn | 1,6 |
Что происходит в период эксплуатации?
К сожалению, со временем, все перезаряжаемые батареи проходят через процессы химического старения. В следствии этого, ёмкость постепенно уменьшается, что приводит к необходимости частого заряда. В дополнение к такому процессу может снижаться максимальная мгновенная производительность АКБ (ее еще называют пиковой).
Чтобы прибор с перезаряжаемой батареей корректно работало, все электрозависимые компоненты должны незамедлительно получать доступ к электропитанию.
Главным фактором, влияющим на мгновенную передачу заряда АКБ есть его полное сопротивление. Если оно высокое, то перезаряжаемая батарея не всегда сможет отдавать тот заряд, которой требуется для качественной работы прибора. Из-за этого оно может не запускаться или прекратить работать. Полное сопротивление АКБ может увеличиваться:
- На постоянной основе при химическом старении.
- Краткосрочно при низком уровне заряда.
- Временно при малых и отрицательных температурах воздуха.
Если же порог минимального напряжения для работы АКБ будет преодолён при увеличении сопротивления (то есть станет меньшим количество выдаваемых мАч) – автономная работа устройства поддерживаться не сможет.
Различия нагрузки
Параметры каждого автомобиля разные. Различаются их объемы двигателей, вместимости аккумулятора. В легковом авто обычно АКБ вместимостью 40-45А, а в большой машине около 60-75А.
Причины этого кроются в пусковом токе – чем меньше батарея, тем меньше в ней электролитов, свинца и т.п. Чем он больше, тем больше количество энергии, которую может отдавать в один момент. Исходя из этого, на малолитражке способны успешно работать крупные АКБ, а маленькие недопустимо вставлять в крупный автомобиль.
Характеристики батарей
При выборе батареи учитываются следующие характеристики:
- Тип батареи (элемента)
- Тип химической реакции батареи (элемента)
- Напряжение
- Емкость
- Относительная скорость разряда
- Допустимая глубина разряда
- Зависимость емкости от относительной скорости разряда
- Удельная энергоемкость (на единицу веса)
- Энергоемкость (на единицу объема)
- Удельная мощность (на единицу веса)
- Диапазон рабочих температур
- Допустимая глубина разряда
- Размер и вес
- Цена
Ниже рассматриваются некоторые из этих характеристик.
Тип батареи
Существуют две основные категории элементов питания и батарей: первичные (одноразовые) и вторичные (аккумуляторы с возможностью перезарядки).
Первичные источники тока
Это химические источники тока без надежной возможности их перезарядки. После использования такие источники утилизируют. Примером первичных источников тока являются марганцево-цинковые с угольным стержнем (солевые) и щелочные элементы.
Зарядка литий-ионных батарей в интеллектуальном зарядном устройстве
Вторичные источники тока
Вторичные источники тока (элементы или батареи) — аккумуляторы, которые рассчитаны на большое количество перезарядок (до 1000 раз). В них энергия электрического тока превращается в химическую энергию, которая накапливается и в дальнейшем может быть снова преобразована в электрический ток. Самый известный и старый тип аккумуляторов — свинцовый или кислотный. Другими распространенными аккумуляторами являются никель-кадмиевые (NiCd), никель-металлгидридные (NiMH), литий-ионные (Li-Ion) и литий-полимерные (LiPo) аккумуляторы.
Удельная энергоемкость (на единицу веса) и плотность энергии на единицу объема
Удельная энергоемкость на единицу веса батареи измеряется в единицах энергии на единицу массы. В СИ она измеряется в джоулях на килограмм (Дж/кг). Для аккумуляторов обычно используются ватты на кг (Вт/кг). Плотность энергии на единицу объема — это количество энергии, запасенной в батарее на единицу ее объема. Измеряется в ватт-часах на литр (Вт-ч/л).
К сожалению, удельная энергоемкость батарей относительно невелика, если сравнивать ее с энергоемкостью бензина. В то же время, удельная энергоемкость недавно разработанных литий-ионных аккумуляторов в четыре раза выше свинцовых. Электромобили с такими аккумуляторами уже достаточно удобны для ежедневного использования. Литий-полимерные батареи имеют самую высокую удельную энергоемкость и поэтому широко используются на летательных аппаратах с дистанционным управлением (дронах).
Тип химической реакции батареи
Щелочные батареи
Несмотря на то, что щелочные элементы питания появились более 100 лет назад, это наиболее распространенный тип одноразовых портативных источников питания. Номинальное напряжение щелочного элемента составляет 1,5 В, а емкость щелочного элемента типа АА достигает 1800–2600 мА·ч. Если объединить несколько таких элементов в один корпус, можно получить батарею на 4,5 В (из трех элементов), 6 В (из четырех элементов) и 9 В (из шести элементов). Батареи на 9 В (типа «Крона» — по названию выпускаемых в СССР угольно-цинковых батарей), разработанные для первых транзисторных радиоприемников, теперь используются для переносных радиостанций, детекторов дыма и пультов дистанционного управления моделями. Их емкость очень мала, всего около 500 мА·ч. Удельная энергоемкость щелочных элементов 110–160 Вт-ч/кг.
Марганцево-цинковые батареи
Марганцево-цинковые (также угольно-цинковые или солевые) первичные элементы питания были изобретены в 1886 г. и все еще используются сегодня. Номинальное напряжение такого элемента — 1,5 В, емкость элемента типа АА — 400–1700 мА·ч. Марганцево-цинковые элементы и батареи выпускаются тех же типоразмеров, что и щелочные. Их удельная энергоемкость составляет 33–42 Вт-ч/кг, то есть примерно втрое ниже энергоемкости щелочных элементов питания. Из-за невысокой энергоемкости их используют только там, где не требуется отдавать в нагрузку большой ток или если устройства используются не часто, например, в пультах управления или часах.
Такие никель-кадмиевые батареи устанавливались в канадских геостационарных спутниках Anik A, запущенных в 1972–75 гг. и выведенных из эксплуатации через 10 лет после запуска.
Кислотные аккумуляторные батареи
Кислотные (или свинцовые) аккумуляторные батареи недороги, доступны и широко используются в автомобилях, другой технике, в источниках бесперебойного питания и другой аппаратуре. Напряжение на кислотном элементе – 2 В. В батарее обычно бывает 3, 6 или 12 элементов, что позволяет получить 6,12 и 24 В соответственно. Свинцовые аккумуляторы удобны в тех случаях, если их большой вес не имеет значения. Удельная энергоемкость свинцовых аккумуляторов 33–42 Вт-ч/кг.
Никель-кадмиевые аккумуляторные батареи
Никель-кадмиевые (NiCd) аккумуляторные батареи (вторичные) изобрели более 100 лет назад и только в конце 90-х гг. прошлого века вместо них начали широко применяться никель-металлгидридные и литий-ионные аккумуляторы. Напряжение никель-кадмиевого элемента 1,2 В, удельная энергоемкость 40–60 Вт-ч/кг.
Такие никель-кадмиевые батареи напряжением 1,2 В и емкостью 10 А·ч устанавливались на советской ракете-носителе «Энергия», используемой для запуска многоразового космического корабля «Буран» в 1988 г.
Никель-металлгидридные аккумуляторы
Никель-металлгидридные аккумуляторы (вторичные) были изобретены относительно недавно — в 1967 г. Их объемная энергоемкость намного выше намного выше, чем у никель-кадмиевых аккумуляторов, и приближается к энергоемкости литий-ионных аккумуляторов. Номинальное напряжение элемента — 1,2 В, удельная энергоемкость — 60–120 Вт-ч/кг. Удельная мощность NiMH аккумуляторов 250–1000 Вт/кг также намного выше, чем у никель-кадмиевых аккумуляторов (150 Вт/кг).
Литий-полимерные аккумуляторы
В литий-ионных полимерных (или литий-полимерных, LiPo) аккумуляторах используется желеобразный полимерный электролит. В связи с их высокой удельной энергоемкостью 100–265 Вт-ч/кг, они используются в тех случаях, когда малый вес является основным фактором. Сюда относятся мобильные телефоны, летательные аппараты с дистанционным управлением (дроны) и планшетные компьютеры. В связи с их высокой удельной энергоемкостью, LiPo аккумуляторы при перегреве и избыточном заряде подвержены тепловому разгону
, который может привести к утечке электролита, взрыву и пожару. Также при эксплуатации необходимо учитывать, что эти батареи расширяются при хранении в полностью заряженном состоянии, что может привести к появлению трещин в корпусе устройства, в котором они установлены.
Интеллектуальные литий-ионные полимерные батареи для дронов Zerotech Dobby (слева) и DJY Mavic Pro (справа); литий-полимерные батареи расширяются при хранении, если полностью заряжены и поэтому их рекомендуется хранить разряженными до 40–65%, если их не собираются использовать в течение более 10 дней.
Литий-железо-фосфатные аккумуляторы
Литий-железо-фосфатные аккумуляторы (вторичные источники питания, LiFePO₄) — это литий-ионные аккумуляторы, в которых в качестве катода используется фосфат лития-железа LiFePO₄, а в качестве анода — графитовый электрод с металлической сеткой. Это относительно новая технология, разработанная в начале 2000-х гг., имеет ряд преимуществ и недостатков по сравнению с традиционными литий-ионными аккумуляторами. Напряжение на элементе составляет 3,2 В и, поскольку оно весьма высокое по сравнению с другими типами химических реакций литий-ионной технологии, для получения номинального напряжения 12,8 В нужно всего четыре элемента. В процессе разряда, напряжение на этих аккумуляторах весьма стабильно, что позволяет получать от батареи почти полную мощность в процессе ее разряда. Аккумуляторы LiFePO₄ имеют удельную энергоемкость 90–110 Вт-ч/кг. Литий-железо-фосфатные аккумуляторы используются в электрических велосипедах, электромобилях, фонарях на солнечных батареях, в электронных сигаретах и фонарях. Литий-железо-фосфатный аккумулятор типоразмера 14500 имеет те же геометрические размеры, что аккумулятор типа АА. Однако его напряжение 3,2 В.
Напряжение батареи
Напряжение батареи определяется типом химического процесса, используемого в элементах, а также количеством элементов, соединенных последовательно. Ниже в таблице показаны напряжения различных первичных и вторичных элементов.
| NiCd, NiMH аккумуляторы | 1,2 V |
| Щелочные гальванические элементы | 1,5 V |
| Угольно-цинковые гальванические элементы | 1,5 V |
| Кислотные аккумуляторы | 2 V |
| Литиевые гальванические элементы, в зависимости от используемого химического процесса | 1,5–3 V |
| Литий-ионные аккумуляторы, в зависимости от используемого химического процесса | 3–3,6 V |
Если батарея из гальванических элементов изготовлена из нескольких элементов, соединенных последовательно, ее напряжение может быть 4,5 В, 12 В, 24 В, 48 В и др.
Емкость батареи
Емкость батареи — это количество электричества (заряд), который батарея может использовать для создания электрического тока в нагрузке при номинальном напряжении на ней. Отметим, что емкость батареи и электрическая емкость — это разные физические величины. Емкость батарей можно измерить в единицах электрического заряда — кулонах (Кл), а емкость конденсатора в единицах электрической емкости — фарадах (1 Ф = 1 Кл/В). Однако на практике емкость батарей удобнее измерять в ампер-часах (А-ч или А·ч) или миллиампер-часах (мА-ч или мА·ч, 1 мА·ч = 1000 А·ч). Эта единица не учитывает напряжение на аккумуляторе или элементе питания, однако она удобна с учетом того, что элементы с одним типом химической реакции всегда имеют одно напряжение. Номинальная емкость батареи часто выражается в виде произведения 20 часов на величину тока, который свежезаряженная батарея способна отдавать в нагрузку в течение 20 часов при комнатной температуре. Реальная (не номинальная) емкость любой батареи зависит от нагрузки, то есть, от тока, который батарея отдает в нагрузку, или от относительной скорости ее разряда. Чем выше скорость разряда, тем ниже реальная емкость батареи.
Емкость батареи можно измерить также в единицах энергии — ватт-часах (Вт-ч или Вт·ч). Счетчик в вашей квартире измеряет израсходованную электроэнергию в киловатт-часах (кВт-ч), то есть почти в таких же единицах, только в тысячу раз больших. 1 кВт-ч = 1000 Вт-ч. Чтобы получить емкость батареи в единицах энергии нужно умножить емкость в ампер-часах на номинальное напряжение. Например, батарея 12 В 8 А·ч, которая часто используется в небольших источниках бесперебойного питания, может хранить 12 · 8 = 96 Вт-ч энергии.
В приведенной ниже таблице показана номинальная емкость гальванических элементов питания напряжением 1,5 В и аккумуляторов напряжением 1,2 В типа АА:
| NiMH аккумуляторы | 600–3600 mAh |
| NiCd аккумуляторы | 600–1000 mAh |
| Щелочные элементы | 1800–2600 mAh |
| Угольно-цинковые элементы | 400–1700 mAh |
| Литиевые элементы | 1500–3000 mAh |
Относительная скорость разряда батареи
Относительная скорость разряда батареи (англ. С-rate, C-rating) определяется как ток разряда, деленный на теоретический ток, при котором в течение одного часа будет полностью израсходована номинальная емкость батареи. Это безразмерная величина, обозначаемая буквой C (от англ. charge — заряд). Например, батарея с номинальной емкостью C
bat = 8 А·ч, при разряде со скоростью 2C израсходует свою номинальную емкость для создания в нагрузке тока
I
bat=16 A в течение 0,5 часа. Разряд 1С для той же батареи означает, что она израсходует свою номинальную емкость для создания в нагрузке тока
I
bat = 8 A в течение одного часа. Отметим, что относительная скорость разряда является безразмерной величиной, несмотря на то, что
C
bat выражается в ампер-часах, а
I
bat — в амперах. Отметим также, что батарея отдаст в нагрузку меньше энергии при разряде с большей скоростью.
Глубина разряда батареи
Сохраняемая в батарее полная энергия часто не может быть использована полностью без повреждения батареи. Допустимая глубина разряда батареи (англ. DOD — depth of discharge) иногда указывается в ее технических характеристиках и определяет процент энергии, который может быть получен от батареи. Например, свинцовые кислотные аккумуляторы, предназначенные для запуска двигателя автомобиля, не рассчитаны на глубокий разряд большим стартерным током, который может легко их повредить. Тонкие пластины, установленные в таких аккумуляторах, позволяющие достичь высокой площади поверхности электродов, а, следовательно, максимального тока, могут быть легко повреждены при глубоком разряде, особенно если такой разряд большим стартерным током часто повторяется. Некоторые батареи по техническим условиям могут быть разряжены только на 30%. Это означает, что только 30% их емкости можно использовать для питания нагрузки.
Элементы, батареи и блоки батарей: 1 — блок последовательно соединенных элементов питания 1,5 В типа АА общим напряжением 3 В; 2 — элемент типа ААА напряжением 1,5 В; 3 — 9-вольтовая батарея типа «Крона» из шести 1,5-вольтовых последовательно соединенных элементов
В то же время, выпускаются свинцовые аккумуляторы с более толстыми пластинами, которые рассчитаны на регулярный заряд–разряд. Именно такие батареи используются в солнечных батареях и в электромобилях.
Сила тока
Ток, его интенсивность указывается в амперах, пишется [A]. Это результат действия напряжения: как только две группы зарядов смогут взаимодействовать друг с другом через какой-то путь, сила тока будет описывать, как быстро они это делают. То есть сила электрического тока – это количество зарядов, протекающих по цепи в секунду. Тем не менее, никто не считает отдельные электроны, физики изобрели несколько методов для облегчения этого дела.
Ток определяется в одной точке цепи: в проводе, резисторе, аккумуляторе и так далее. Мы измеряем его с помощью амперметра, подключенного последовательно в цепи – на время измерения он имитирует кусок провода (но амперметр имеет ненулевое сопротивление, которое иногда следует принимать во внимание).
Сопротивление
Закон Ома связывает ток и напряжение в еще один элемент – сопротивление. Именно это сопротивление является путем, по которому группы зарядов могут перемещаться с одной стороны на другую. Чем оно больше, тем уже этот путь, поэтому поток медленнее (меньший ток). Единица сопротивления – Ом.
Полезное: Свинцовые аккумуляторы: зарядка и правильное обслуживание АКБ авто
При вычислении напряжение обычно обозначают как U, ток как I, а сопротивление R. Если хотим выразить соотношение между этими переменными, то будем использовать закон Ома, а именно:
U = I * R
Например, на резисторе 100 Ом, через который протекает ток 0,1 А, будет падение напряжения:
0,1 А * 100 Ом = 10 В
Напряжение
Напряжение выражается в вольтах, пишется [В]. Представьте себе двух враждующих собак, которых владельцы держат на поводках. Эти собаки представляют собой группы электрических зарядов и сила, которую они тянут – это напряжение. Чем больше сила взаимодействия между ними, тем больше напряжение. Поэтому нет смысла говорить о напряженности только в одной точке – она всегда определяется между двумя точками.
Точно так же высота холмов дана над уровнем моря (то есть мера простирается между поверхностью морской воды и вершиной горы) или относительно другой точки, например города, расположенного у его подножия. В обоих случаях это одинаковые высокие части, но измеренные по-разному.
То же самое с напряжением: измеренное относительно одной точки в схеме будет иметь одно значение, а относительно другой – другое значение. Поэтому электроника приняла существование так называемой массы, то есть точки, от которой измеряем все напряжения. Мы измеряем их с помощью вольтметра, подключенного параллельно цепи к источнику напряжения.
Напряжение может существовать и “само по себе”. Например покупаем батарейку 1,5 В и она имеет напряжение, близкое к номинальному напряжению между клеммами. Если оставим её лежать в шкафу, напряжение на контактах батареи будет оставаться таким-же через несколько дней, месяцев или даже лет. Со временем конечно напряжение будет уменьшаться в результате химических процессов, происходящих внутри ячейки.
