Ампер-часы в аккумуляторе: что это такое?

Время автономной работы мобильного телефона, портативного инструмента или способность отдавать ток стартёру при пуске двигателя автомобиля – все это зависит от такой характеристики АКБ, как ёмкость. Она измеряется в ампер-часах или в миллиампер-часах. По величине ёмкости можно судить о том, сколько времени аккумулятор будет питать электрической энергией то или иное устройство. От неё зависит, как время разряда и заряда аккумулятора. При выборе аккумуляторной батареи для того или иного устройства полезно знать, что обозначает эта величина в ампер-часах. Поэтому сегодняшний материал будет посвящён такой характеристике, как ёмкость и её размерности в ампер-часах.

Вообще, ампер-час представляет собой внесистемную единицу электрического заряда. Её основное использование – это выражение ёмкости аккумуляторов.

Один ампер-час представляет собой электрический заряд, проходящий за 1 час через поперечное сечение проводника при пропускании тока 1 ампер. Можно встретить значения в миллиампер-часах.

Как правило, такое обозначение применяется для указания ёмкости аккумуляторов в телефонах, планшетах и других мобильных гаджетах. Давайте посмотрим, что значит ампер-час на реальных примерах.

На фото выше можно видеть обозначение ёмкости в ампер-часах. Это автомобильный аккумулятор 62 Ач. О чём нам это говорит? Из этой величины мы можем узнать, силу тока, с которой можно равномерный разряжать батарею до конечного напряжения. Для автомобильной АКБ конечное напряжение составляет 10,8 вольта. Стандартные циклы разряда обычно продолжаются 10 или 20 часов.

Исходя из вышесказанного, 62 Ач говорит нам о том, что этот аккумуляторная батарея способна на протяжении 20 часов отдавать ток 3,1 ампера. При этом напряжение на выводах батареи не опустится ниже 10,8 вольта.

На фото выше красным цветом подчёркнута ёмкость аккумулятора ноутбука – 4,3 ампер-часа. Хотя при таких величинах значение обычно выражается, как 4300 миллиампер-час (мАч).

Нужно ещё добавить, что системной единицей электрического заряда является кулон. Кулон связан с ампер-часами следующим образом. Один кулон в секунду равен 1 ампер. Следовательно, если перевести секунды в часы получится, что 1 ампер-час равен 3600 кулон.

Как связаны ёмкость аккумулятора (ампер-час) и его энергия (ватт-час)?

Многие производители на своих аккумуляторах не указывают ёмкость в ампер-часах, а вместо этого ставят значение запасаемой энергии в ватт-часах. Такой пример показан на фотографии ниже. Это аккумулятор смартфона Samsung Galaxy Nexus.

Прошу прощения за фото с мелким шрифтом. Запасаемая энергия составляет 6,48 ватт-часа. Запасаемую энергию можно рассчитать по следующей формуле:
1 ватт-час = 1 вольт * 1 ампер-час.

Тогда для аккумулятора Galaxy Nexus получаем:

6,48 ватт-часа / 3,7 вольта = 1,75 ампер-часа или 1750 миллиампер-час.

Какие ещё есть разновидности ёмкости аккумулятора

Существует такое понятие, как энергетическая ёмкость аккумулятора. Она показывает способность АКБ разряжаться определённый временной интервал с постоянной мощностью. Временной интервал в случае автомобильных аккумуляторных батарей обычно устанавливают 15 минут. Энергетическую ёмкость первоначально стали измерять в Северной Америке, но затем к этому подключились производители АКБ в других странах. Её значение можно получить в ампер-часах по следующей формуле:

Е (Ач) = W (Вт/эл) / 4, где

Е – энергетическая ёмкость в ампер-часах;

W – мощность при 15 минутном разряде.

Есть и ещё одна разновидность, которая пришла к нам из США, это резервная ёмкость. Она показывает способность АКБ питать бортовую движущейся машины при неработающем генераторе. Проще говоря, можно узнать, сколько аккумулятор даст вам проехать на машине, если генератор выйдет из строя. Рассчитать эту величину в ампер-часах можно по формуле:

Е (ампер-часы) = T (минуты) / 2.

Здесь можно ещё добавить, что при параллельном соединении АКБ их ёмкость суммируется. При последовательном соединении значение ёмкости не меняется.

Как узнать, сколько реально ампер-часов в вашем аккумуляторе?

Рассмотрим процесс проверки ёмкости на примере . Но такой разряд под контролем можно сделать для любой батареи. Будут отличаться только измеряемые величины.

Для того чтобы проверить реальные ампер-часы своего аккумулятора, нужно полностью его зарядить. Степень заряженности проконтролируйте по плотности . Полностью заряженная АКБ должна иметь плотность электролита 1,27─1,29 гр./см 3 . Затем нужно собрать схему, показанную на следующем рисунке.

Вам нужно выяснить, для какого режима разряда указана ёмкость вашего аккумулятора (10 или 20 часов). И поставить аккумулятор на разряд силой тока, вычисленной по формуле ниже.

I = E / T, где

E – номинальная ёмкость батареи,

T – 10 или 20 часов.

Этот процесс требует постоянного контроля напряжения на выводах АКБ. Как только напряжение упадёт до 10,8 вольта (1,8 на банке), разряд нужно остановить. Время, за которое аккумулятор разрядился, вы умножаете на ток разряда. Получается реальная ёмкость батареи в ампер-часах.

Если у вас нет резистора, то можете использовать автомобильные лампочки (12 вольт) подходящей ёмкости. Мощность лампочки подбираете в зависимости от того, какой разрядный ток вам нужен. То есть, если нужен ток разряда 2 ампера, то мощность будет 12 вольт умножить на 2 ампера. Итого 24 ватта.

Важно! После разряда аккумулятор сразу ставьте на зарядку, чтобы он не находился в таком разряженном состоянии. Для такой разряд лучше не делать вообще. При таком глубоком разряде они могут потерять часть своей ёмкости.

Для нормальной работы любого аккумулятора нужно всегда помнить «Правило «Трёх П» :

1. Не перегревать!
2. Не перезаряжать!
3. Не переразряжать!

Для вычисления времени зарядки никель-металл-гидридного аккумулятора или батареи из нескольких элементов можно использовать следующую формулу:

Время зарядки (ч) = Емкость аккумулятора (мАч) / Сила тока зарядного устройства (мА)

Пример:
Мы имеем аккумулятор с ёмкостью 2000mAh. Ток заряда в нашем зарядном устройстве — 500mA. Делим ёмкость аккумулятора на ток заряда и получаем 2000/500=4. Это означает, что при токе в 500 миллиампер наш аккумулятор с ёмкостью 2000 миллиамперчасов будет заряжаться до полной ёмкости 4 часа!

А теперь более подробно про правила, которые нужно стараться соблюдать, для нормальной работы никель-металл-гидридного (Ni-MH) аккумулятора:

1. Храните Ni-MH аккумуляторы с небольшим количеством заряда (30 — 50% от его номинальной ёмкости).
2. Никель-металлогидридные аккумуляторы более чувствительны к нагреву, чем никель-кадмиевые (Ni-Cd), поэтому не перегружайте их. Перегрузка может отрицательно сказаться на токоотдаче аккумулятора (способности аккумулятора держать и выдавать накопленный заряд). Если у вас есть интелектуальное зарядное устройство с технологией «Delta Peak » (прерывание заряда аккумулятора по достижению пика напряжения), то вы можете заряжать аккумуляторы практически без риска перезарядки и разрушения оных.
3. Ni-MH (никель-металл-гидридные) аккумуляторы после покупки можно (но не обязательно!) подвергать «тренировке». 4-6 циклов заряда/разряда для аккумуляторов в качественном зарядном устройстве позволяет достичь придела ёмкости, которая была растеряна в процессе перевозки и хранения аккумуляторов в сомнительных условиях после выхода с конвейера завода-производителя. Количество подобных циклов может быть совершенно разным для аккумуляторов от разных производителей. Качественные аккумуляторы достигают предела ёмкости уже после 1-2 циклов, а аккумуляторы сомнительного качества с искусственно завышенной ёмкостью не могут достигнуть своего предела и после 50-100 циклов заряда/разряда.
4. После разряда или заряда старайтесь дать остыть аккумулятору до комнатной температуры (~20 o C). Заряд аккумуляторов при температурах ниже 5 o C или выше 50 o C может значительно отразиться на сроке службы батареи.
5. Если хотите разрядить Ni-MH аккумулятор, то не разряжайте его менее, чем до 0.9В для каждого элемента. Когда напряжение никелевых аккумуляторов падает ниже 0.9В на элемент, большинство зарядных устройств, обладающих «минимальным интеллектом», не могут активировать режим заряда. Если Ваше зарядное устройство не может опознать глубоко разряженный элемент (разряженный менее 0.9В), то стоит прибегнуть к помощи более «тупого» зарядника или подключить аккумулятор на короткое время к источнику питания с током 100-150мА до достижения напряжения на аккумуляторе 0.9В.
6. Если вы постоянно используете одну и ту же сборку из аккумуляторов в электронном устройстве в режиме дозаряда, то иногда стоит разряжать каждый аккумулятор из сборки до напряжения 0,9В и производить его полный заряд во внешнем зарядном устройстве. Подобную процедуру полного циклирования стоит производить один раз на 5-10 циклов дозаряда аккумуляторов.

Таблица заряда типовых Ni-MH аккумуляторов

Данные в таблице актуальны для полностью разряженных аккумуляторов

Единицы измерения емкости аккумулятора

При выборе портативного пуско-зарядного устройства (ПЗУ) многие задаются вопросами: "Что означают характеристики мАч и Втч?", "И зачем они нужны?"

Отвечаем. Оба значения: мА·ч (миллиампер-час) и Вт·ч (ватт-час) - характеризуют емкость пуско-зарядного устройства. Но правильнее всего ориентироваться на емкость, измеряемую в ватт-часах. И вот почему.

Вт·ч - это абсолютная постоянная емкость, максимально точно описывающая потенциал устройства.

А емкость, указанная в мА·ч - это относительная величина, которая описывает емкость устройства применительно только к какому-то конкретно выбранному напряжению. То есть для одного напряжения – одна емкость, а для другого напряжения – другая емкость. Часто также можно встретить обозначение «А·ч» (ампер-час). 1 А·ч = 1000 мА·ч. Таким образом, чтобы получить значение в А·ч, нужно значение в мА·ч разделить на 1000. И наоборот, чтобы получить мА·ч, необходимо значение в А·ч умножить на 1000.

Например, пуско-зарядное устройство CARKU E-Power-3 имеет емкость 29,6 Вт·ч или 8000 мА·ч (8 А·ч).

При этом 8000 мА·ч – это номинальная емкость, и указана она относительно номинального напряжения аккумуляторов, встроенных в корпус пуско-зарядного устройства. Все литий-полимерные (LiPo) и литий-феррум-фосфатные (LiFePO4) аккумуляторы, применяемые в пуско-зарядных устройствах, имеют номинальное напряжение 3,7 В. Многие спросят: «Как так? Если номинальное напряжение = 3,7 В, то почему на выходах ПЗУ обозначены значения 5В, 12В и 19В?» Ответ простой: повышение напряжения для того или иного выхода ПЗУ происходит благодаря электронной начинке устройства.

Таким образом, для номинального напряжения 3,7В ПЗУ CARKU E-Power-3 имеет номинальную емкость 8000 мА·ч. Из этого значения номинальной относительной емкости, выраженной в мА·ч, легко получить значение абсолютной емкости, выраженное в Вт·ч:

1) для начала переводим значение ёмкости, выраженное в миллиампер-часах в ампер-часы

8 А·ч х 3,7 В = 29,6 Вт·ч

Благодаря данному соотношению легко вычислить реальную ёмкость в мА·ч ПЗУ CARKU и любой другой аккумуляторной батареи при конкретном рабочем напряжении конкретного электропотребителя.

Произведём расчёты на примере ПЗУ CARKU E-Power-3. Данная модель имеет 2 выхода:

1) USB-выход для зарядки мобильных телефонов, планшетов и т.п. с рабочим напряжением 5 В. Для расчёта реальной ёмкости при данном режиме работы необходимо абсолютною емкость 29,6 Вт·ч разделить на напряжение 5 В, и тогда получаем 5,92 А·ч:

29,6 Вт·ч / 5 В = 5,92 А·ч (или 5920 мА·ч) .

2) Выход для запуска двигателя с рабочим напряжением 12 В. Здесь для расчёта реальной ёмкости используется та же формула:

29,6 Вт·ч / 12 В = 2,467 А·ч (или 2467 мА·ч).

Как мы видим из расчетов, самая наглядная и правильная величина, характеризующая емкость ПЗУ – это именно Вт·ч. А уже исходя из нее, легко вычислить емкость в мА·ч для того или иного напряжения и, следовательно, примерно прикинуть потенциал ПЗУ для конкретного электропотребителя.

Величины емкости в мА·ч для ПЗУ CARKU E-Power-3 при правильном подсчете для 5В и 12В получаются не такие внушительные, как для номинального напряжения 3,7В, но это не умаляет высоких потребительских показателей этой малютки. Компактная и легкая E-Power-3 позволяет, например, 3 раза полностью зарядить iPhone4 или 6 раз классическую Nokia 106, а также уверенно заводить 4-литровые бензиновые двигатели летом и 1,6-литровые бензиновые двигатели зимой, что подтверждается реальными испытаниями и многочисленными видеороликами в Youtube .

Кто в лес, кто по дрова

В описаниях и паспортах ПЗУ в первую очередь необходимо указывать емкость в Вт·ч. Дополнительно можно указать номинальную емкость ПЗУ в мА·ч, отдавая дань исторически популярной размерности, легко узнаваемой массовым потребителем и широко применяемой для powerbank-ов (внешних аккумуляторов), аккумуляторов мобильных телефонов, планшетов и т.п.

Для всех ПЗУ CARKU указана абсолютная емкость в Вт·ч и номинальная относительная емкость в мА·ч. Некоторые же производители некорректно указывают емкость ПЗУ только в мА·ч, отражая второстепенную характеристику емкости и совсем забывая о самой главной.

Бывают и такие ситуации, что на некоторых сайтах указаны завышенные характеристики в мА·ч. Например, абсолютная емкость ПЗУ CARKU E-Power-Elite равна 44,4 Вт·ч, а значит его номинальная емкость равна 12000 мА·ч (44,4 Вт·ч / 3,7 В = 12 А·ч). Поэтому не может быть ПЗУ CARKU E-Power-Elite с абсолютной емкостью 44,4 Вт·ч и в то же самое время с номинальной емкостью 14000 мА·ч или 15000 мА·ч, как указывают некоторые компании-продавцы.

Стоит также иметь в виду, что подавляющее большинство портативных пуско-зарядных устройств, представленных на текущий момент на российском рынке, имеют реальную емкость гораздо меньше заявленной. Например, 5000 мА·ч вместо 8000 мА·ч, 8000 мА·ч вместо 14000 мА·ч и т.д. Разница между заявленной и фактической емкостью порой достигает 2 и более раз. Это очень распространенная ситуация, потому что потребителю очень не легко проверить реальную емкость, а уж тем более замерить ее. В свою очередь реальная емкость ПЗУ CARKU полностью соответствует заявленной. Что подтверждается, например, независимым обзором российского рынка ПЗУ и , в котором ПЗУ CARKU демонстрирует бОльшее количество запусков, чем аналоги с бОльшей емкостью.

Почему так важно обращать внимание на емкость ПЗУ? Потому что от нее непосредственно зависит продолжительность автономной работы запитываемых от ПЗУ электропотребителей. Особенно важна емкость ПЗУ в зимнее время года при запуске двигателя транспортного средства, так как чем больше будет емкость, тем больше будет попыток для запуска двигателя и их длительность, а, следовательно, вероятность успешного пуска. Кроме того аккумуляторная батарея является основным элементом ПЗУ, поэтому от ее емкости напрямую зависит стоимость ПЗУ. Так что имейте это в виду при подборе ПЗУ для себя.

Рассмотрим маркировку LiPo аккумуляторных батарей на примере батареи, на которой имеются следующие надписи:

• 3000 - емкость в мАч (mAh);
• 11,1 В - номинальный вольтаж;
• 3S - количество и порядок соединения банок (отдельных аккумуляторов, из которых собрана батарея) - это означает, что батарея соединена последовательно из 3-х аккумуляторов, то есть емкость батареи будет 3000мАч, а напряжение будет 3,7х3 = 11,1В;
• 20С - ток разряда (на аккумуляторе 3000 мАч означает, что максимальный непрерывный ток разряда равен 20*3000=60000 мА=60А).

Напряжение

На аккумуляторах вместо напряжения пишут количество банок.

Напряжение одной банки равно 3,7 В. Соответственно 3 банки равны 11,1 В.

Количество банок обозначается буквой S .

Ток разряда

Обозначается буквой C и числом коэффициентом емкости.

Пиковый ток разряда

Ток, который аккумулятор может отдавать короткий промежуток времени (который тоже указан в характеристиках). Обычно это 10-30 с.

Обозначается так же как и ток разряда, вторым числом.

Емкость

Обозначается в мАч (миллиампер-час). 1000 мА/ч = 1 А/ч.

Зарядка аккумуляторов.

LiPo батареи заряжают током 1С (если только другое не указанно на самой батарее, в последнее время появились с возможностью зарядки током 2 и 5C). Штатный зарядный ток батареи 1000 мАч - Ампер. Для батареи 2200 - будет 2.2 ампера и тд.
Компьютеризированный зарядник производит балансировку батареи (выравнивание вольтажа на каждой банке батареи) во время зарядки. Хотя можно заряжать 2S батареи и без подключения балансировочного кабеля мы настоятельно рекомендуем подключать балансировочный разъем всегда ! 3S и большие сборки заряжать только с подключенным баланировочным проводом! Если вы не подключите и одна из банок наберет больше чем 4.4 вольта, то вас ждет незабываемый фейерверк!
Батарея заряжается до 4.2 вольта на банку (обычно на несколько милливольт меньше).

Режим "хранение".

На компьютеризированном заряднике можно перевести LiPo в режим хранения,при этом батарея дозарядится/доразрядится до 3,85В на банку. Полностью заряженные батареи при хранении более 2-х месяцев (может и меньше) дохнут. Говорят что и полностью разряженные тоже, но за больший срок.

Эксплуатация.

Разряжать аккумулятор LiPo ниже чем на 3 вольта на банку не рекомендуется - может сдохнуть. Регуляторы двигателя имеют функцию отключения двигателя при наступлении такого состояния. Мы используем з или . Также рекомендуем применять . Подсоединяется в балансирный разъем и как запищит - то пора на посадку.
При потреблении мотором тока больше того, что может отдать аккумулятор, LiPo норовит вздуться и подохнуть. Так что за этим надо следить строго!
Сейчас появились батареи nano-tech с токоотдачей 25-50С.

Подготовка к работе.

Подготовить LiPo к эксплуатации очень просто - просто зарядите ее и все! :)
Данный тип батареи не имеет эффекта памяти (не нужно доразряжать перед новой зарядкой), не требуется циклировать - делать циклы заряд-разряд перед эксплуатацией.
Если вы заряжаете в поле, то стоит поискать аккумуляторы с ускоренной зарядкой, на них пишут Fast charge 2С или 5С. По идее их можно заряжать током 33 Ампера!
Зарядник имеет максимум 5А, но и это позволит сократить зарядку с 50 минут до 20! (аккумулятор 1000 мАч)

Емкость аккумулятора - это техническая характеристика, показывающая тот период времени, в течении которого аккумулятор будет производить питание подключенной к нему нагрузки. Единицей измерения емкости аккумулятора является ампер-час, если же аккумулятор небольшой, то миллиампер-час. Определяется емкость аккумулятора по формуле, которая представляет собой произведение постоянного тока разряда аккумулятора (в амперах или миллиамперах) на время его заряда (в часах):

Е [А * час] = I [А] х T [час]

Какая емкость аккумулятора.

Какая емкость аккумулятора - это понятие, которое дает понять сколько времени аккумулятор сможет питать подключенную к нему нагрузку. Энергию аккумулятора (которая может накапливаться в заряженном полностью аккумуляторе) полностью не характеризует емкость аккумулятора . Поэтому, чем напряжение аккумулятора больше, тем и энергия накопленная в нем будет больше. Электрическая энергия равна произведению напряжения на ток и время протекания тока:

[Дж]= I [А] х U [В] х T [с]

А энергия аккумулятора для ИБП равняется произведению емкости аккумулятора на его номинальное напряжение:

W [Вт*час]= E [А*час] х U [В]

Этот показатель говорит о возможностях данного аккумулятора. Часто емкость аккумулятора путают с его зарядом (заряженностью). Емкость показывает только потенциал аккумулятора, то есть время которое он способен выполнять питание нагрузки при его полном заряде.

В качестве наглядного примера можно взять стакан воды. В зависимости от того полный стакан либо пустой, его емкость (объем) не изменяется. Аналогичная ситуация и с аккумулятором - емкость одна и та же как в заряженном, так и в разряженном состоянии аккумулятора .

Энергетическая емкость аккумулятора [Вт/элемент] - это характеристика аккумулятора показывающая его способность разряжаться в режиме постоянной мощности за определенный небольшой период времени (обычно 15 минут). Для измерения емкости аккумулятора в ампер-часах по его энергии в Вт/эл (15 мин) существует формула:

Е [А*час] = W [Вт/эл] / 4

Резервная емкость аккумулятора является характеристикой автомобильного аккумулятора, которая показывает его способность производить питание электросистемы движущегося автомобиля при не работающем генераторе автомобиля. Единица измерения - минуты заряда аккумулятора током 25 А. Емкость аккумулятора (ампер-час) по его резервной емкости (минуты) можно приближенно оценить по формуле:

Е [А*час] = T [мин] / 2

Величины, от которых зависит емкость аккумулятора:

1. Ток заряда.

Производители обычно назначают номинальной емкость свинцового аккумулятора для UPS при длительных разрядах (10,20, 100 часов). При таких разрядах емкость аккумулятора обозначается: С10, С20 и С100. Протекающий через нагрузку ток, например, при 20-часовом заряде - I20 можно рассчитать по формуле:

I20 [А] = Е20 [А*час] / 20[час]

2. Износ аккумулятора

В состоянии поставки емкость свинцового аккумулятора может быть немного меньше или больше его номинальной емкости. При выполнении несколько раз циклов разряд-заряд или после нескольких недель пребывания в буфере (под "плавающим" зарядом) емкость аккумулятора будет увеличиваться. Однако дальнейшая эксплуатация или хранение аккумулятора приводят к падению емкости аккумулятора, а сам аккумулятор стареет, изнашивается и значит потребуется замена аккумулятора на новый.

Этот процесс чаще всего выполняется методом контрольного разряда. Сначала производят его заряд, а потом постоянным током разряжают, при этом регистрируют время до конечного напряжения разряда. Затем по формуле определяется остаточная емкость аккумулятора:

Е [А*час]= I [А] * T [час]