Есть ли разница между аккумулятором и батареей, как пересчитать А·ч в кВт⋅ч и при чем здесь фарады?

Автомобильный аккумулятор – неотъемлемая часть транспортного средства, без которого невозможен запуск двигателя, работа бортовой сети и прочего электрооборудования. Мощность аккумулятора и показатель его емкости – ключевые параметры, на которые надо смотреть при выборе. Правильно подобранная «батарейка» способна долго проработать, не вызывая проблем.

Мощность аккумулятора — это важный параметр, необходимый для правильного выбора АКБ.

Что такое мощность аккумулятора

Спецификация, актуальная для российского ТУ и германского DIN – стартерный режим разряда (что еще называют коротким разрядом). Отталкиваясь от нее, следует: при температуре рабочего раствора (электролита) в -18° C и при разрядном токе 255 А напряжение на клеммах спустя 30 секунд после запуска должно быть от 9 В. Если имеет место дальнейший разряд, напряжение упадет до 6 В, но не раньше, чем через 150 секунд. Проверив АКБ таким образом, можно быть уверенным, что она даст 3 – 5 попыток запуска мотора. К слову, пуском считается 10 секунд работы аккумулятора с последующими 30 секундами «отдыха».

Есть и другие стандарты: американский – SAE и европейский – EN. В данном случае название спецификации – ток холодной прокрутки. Те, кто разрабатывал эти стандарты, полагают, что предельная нагрузка на батарею приходится в первые секунды после пуска мотора. Соответственно, для холодного пуска нужна нагрузка больше, чем по ТУ и DIN – порядка 440 А. Спустя 10 секунд под такой нагрузкой напряжение на клеммах не должно падать ниже отметки в 7.5 В, а спустя 30 секунд – ниже 7.2 В. Требования стандартов совпадают – в условиях мороза АКБ должна обеспечить минимум три пуска мотора.

Подытоживая, мощность аккумулятора, зависящая от времени стартерного разряда – параметр, влияющий на количество попыток запуска двигателя. И чем больше энергоемкость батареи, тем больше таких попыток будет доступно.

Типы автомобильных АКБ

Аккумуляторная батарея – это основной электрохимический источник электрической энергии в автомобиле, который в первую очередь необходим для запуска двигателя. Пока мотор не работает, все приборы бортовой сети питаются от АКБ.
С точки зрения конструкции, это устройство представляет собой корпус прямоугольной формы, внутри которого находятся электроды. Данный элемент батареи выполнен в виде пластин, изготовленных из различных металлов. Электроды помещены в кислую среду – всё внутреннее пространство заполнено электролитом.

Принцип действия аккумулятора основан на химической реакции, протекающей в жидкой среде. Дело в том, что часть пластин имеет положительный заряд, а часть – отрицательный. Процесс обратим: в зависимости от того, происходит разряд АКБ при эксплуатации или её зарядка, в реакцию с кислой средой вступает либо одна, либо другая группа пластин.

В торговой сети представлен широчайший ассортимент электрохимических источников энергии для транспортных средств. Выбрать однозначно самый лучший невозможно – все они по-своему хороши.

Все существующие автомобильные аккумуляторы классифицируются не только по техническим параметрам, но и по составу электролита и электродов. Итак, различают следующие типы аккумуляторных батарей:

1. Сурьмянистые – классическая разновидность источника тока, постепенно сдающая свои позиции. Своему названию устройства обязаны высоким содержанием сурьмы в электродном сплаве, которая придаёт пластинам прочности и ускоряет протекание реакции. Стоимость таких батарей невелика, что, бесспорно, является существенным плюсом. Но скоротечность реакции приводит к быстрому испарению электролита, требуя регулярного контроля и обслуживания, а это весьма неудобно. Именно данный недостаток является причиной снижения спроса на такую продукцию.
2. Малосурьмянистые – оптимальный вариант для отечественных авто. Но наиболее идеальны их параметры для совсем старых – раритетных машин, выпущенных ещё в бытность СССР. В составе пластин содержится минимум сурьмы, что позволило замедлить протекание электролизных процессов. Но всё же они нуждаются пусть и в более редком обслуживании – это один из недостатков устройства. Из достоинств можно отметить низкую стоимость, минимальный саморазряд при хранении, невосприимчивость к перепадам напряжения в бортовой сети.
3. Кальциевые – хорошее решение для иномарки среднего класса. Вместо сурьмы в состав пластин входит кальций. Преимущества:
   долгий срок службы при правильной эксплуатации;
4. не требуют обслуживания;
5. саморазряд при хранении отсутствует. Минусы:
6. высокая цена;
7. требовательны к параметрам бортовой сети;
8. при глубоком разряде теряют значительную часть ёмкости.
9. Гибридные – характеризуются разным составом пластин: в положительно заряженные добавлена сурьма, а в отрицательно заряженные – кальций. По своим особенностям они находятся между малосурьмянистыми и кальциевыми. Плюсы:
   устойчивы к нестабильности параметров бортовой сети;
10. не боятся глубокого разряда;
11. доступная стоимость. Минусы:
12. необходимость обслуживания;
13. наиболее оптимальны для недорогих и подержанных авто.
14. Гелевые – новинка на российском автомобильном рынке. Конструктивные особенности:
    вместо электролита залит густой гель;
15. пластины из чистого свинца без примесей скручены в рулончики;
16. корпус ударопрочный. По количеству преимуществ являются лидерами по сравнению с аналогичным оборудованием:
17. срок службы доходит до 10 лет, но при условии правильной эксплуатации;
18. самая быстрая зарядка;
19. полностью исключена возможность короткого замыкания, гель – превосходный диэлектрик;
20. минимальная степень саморазряда;
21. значение тока не изменяется по мере снижения ёмкости. Недостатки:
22. самый существенный – очень высокая стоимость, хотя и вполне соизмеримая с качеством высокотехнологичного оборудования;
23. весьма «капризные» батареи – мгновенно реагируют на малейшие колебания параметров бортовой сети;
24. заряжать необходимо специальным зарядным устройством.
25. AGM – как и гелевые, не имеют привычного электролита, его заменяет гелеобразная масса. Но, в отличие от своих более совершенных аналогов, в этих АКБ между пластинами и гелем установлены прокладки из пористого стекловолокна. Именно они дали название этой серии аккумуляторных батарей. Достоинства:
    приемлемая стоимость;
26. пониженный порог чувствительности к нестабильности напряжения;
27. не особо реагируют на температурный режим. Минусы:
28. меньший срок службы;
29. боятся глубокого разряда.
30. Щелочные – в качестве электролита здесь используется щёлочь – раствор едкого калия. Данный вид источников энергии крайне редко применяется на автомобилях. В какой-то мере это связано с так называемым «эффектом памяти», которым они страдают. Суть явления заключается в следующем: устройство запоминает предел, до которого оно было разряжено в первый раз, и каждый последующий разряжается точно до него и не более. Кроме этого, есть ещё и отрицательные моменты: довольно внушительные габариты и вес тоже не отстаёт, а цена при этом высока. Есть, конечно, и положительные качества: отсутствие электролизных процессов, устойчивость к пониженным температурам и переразряду, но они не способствуют популярности.
31. Литий-ионные – популярны в качестве источника энергии для электромобилей. На обычных машинах практически не встречаются. Своё название получили благодаря иону лития, который переносит электрический заряд.

Положительные свойства:

• самая высокая ёмкость среди всех АКБ;
• максимально возможное напряжение в сочетании с компактностью;
• нет «эффекта памяти»;
• минимальная величина саморазряда.

Недостатков же целый букет:

• резкое падение величины пускового тока при отрицательных температурах;
• быстро стареют – через два года эксплуатации теряют примерно одну пятую часть ёмкости, а это очень существенно;
• не переносят полного разряда;
• уровень напряжения недостаточен для запуска обычного бензинового или дизельного двигателя.

От чего зависит мощность АКБ

Мощность источника питания, устанавливаемого в автомобиль, зависит от значения разрядного тока и среднего показателя напряжения.

При запуске мотора и работе стартера номинальное напряжение падает, а ток заряда растет. То есть когда повышается потребляемая мощность батареи в ходе пуска, падает уровень напряжения на ее клеммах. И чем меньше напряжение, тем хуже стартер выполняет свою задачу и проворачивает коленвал. Обратная зависимость: чем более мощный стоит аккумулятор, тем больше оборотов сделает стартер в ходе пуска мотора. Как итог – двигатель заводится быстрее.

Сколько ампер часов в аккумуляторе автомобиля

Емкость батареи – величина переменная, зависит от индивидуальных особенностей аккумулятора. Обычно аккумулятор собирают последовательно, а это значит, емкость измеряется по самой слабой банке. Напряжение суммируется.

Известно, что жидкие кислотные аккумуляторы имеют 6 банок, каждая из них несет напряжение 2,1 – 2,15 В. Емкость – количество энергии в ампер-часах, запасенное в аккумуляторе. Этот показатель – характеристика паспортная.

Найти фактическую емкость можно, измеряя отдачу энергии от полного заряда до минимально возможного разряда при постоянном токе и сопротивлении. Засекается время и сила тока. Их произведение определяет емкость аккумулятора в ампер-часах. Показатель будет отличаться от паспортного, так как емкость аккумулятора постоянно снижается из-за дополнительных химических реакций.

Как рассчитать мощность

Замерять показатели надо через идентичные промежутки времени. Рассчитать мощность можно используя формулу: P = I x U, где P – мощность (Ватт), I – разрядный ток при -18° C (Ампер), U – напряжение в ходе разрядки (Вольт).

Пример расчета

Допустим, имеется свинцово-кислотная АКБ для обычной легковой машины с двигателем внутреннего сгорания. На ее корпусе указано значение емкости – 60 А*ч, а также напряжения – 12 В. Чтобы узнать мощность в Ваттах, надо эти параметры перемножить: 12 х 60 = 720 Вт*ч.

Определить мощность можно и в кВт*ч, для этого полученную цифру делят на 1000: 720 / 1000 = 0.72 кВт*ч.

Надо понимать, что такой подсчет груб. Мощность батареи, измеряемая в А*ч или кВт*ч – значение, получаемое эмпирическим путем, и оно показывает не общее количество электричества, вырабатываемое аккумулятором, а его способность запитывать электроприбор.

Как выбрать емкость аккумулятора?

Если выбираете аккумулятор для машины, можете воспользоваться табличкой ниже, показывающей необходимую емкость исходя от объема двигателя.

Емкость АКБ (А/ч)	Транспортное средство	Объем двигателя (л.)
55	Легковые автомобили	1-1,6
60	Легковые автомобили	1,3-1,9
66	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	Фуры, автопоезда	7,5 — 17
Емкость АКБ (А/ч)	Транспортное средство	Объем двигателя (л.)

Для легковушек в самый раз будут АКБ на 50-65 А/ч, для более мощных автомобилей — 70-95 А/ч. Подсказка: если вы заправляете дизель, а не бензин, или у автомобиля в сети много потребителей, смело увеличивайте емкость на 10-15 А/ч.

Если ваш автомобиль часто находится в холоде, запас по емкости может выручить вас, поскольку зимой батарея теряет свою емкость. Наблюдения показывают, что при понижении температуры окружающей среды на 1 градус, после 20С, АКБ теряет 1 ампер-час.

Но не выбирайте слишком большой аккумулятор, поскольку это не имеет смысла. Генератор автомобиля просто не сможет заряжать ваш аккумулятор до максимальной емкости. Получается, вы просто переплатите за ненужную емкость АКБ, которую не будете использовать.

Мощность инвертора и потери в нем

Теперь что касается инвертора, он тоже имеет свой КПД а это порядка 75-90%, т.е. все полученные величины выработки энергии и запаса можно относить к этим процентам. В итоге лучше брать двойной запас емкости для аккумуляторов, Так при потреблении 2400Вт.ч за ночь, устанавливать 4 АКБ емкостью 100А.ч. 100А*12В*4 = 4800Вт.ч. Мощность инвертора показывает номинальную нагрузку которую можно подключить к нему, т.е количество и тип бытовых приборов.

В Итоге получаем солнечную электростанцию на 2,5кВт:

1. Солнечные батареи 4шт. по 250Вт. Выработка в месяц 170 -240кВт.ч (36тыс.руб.)
2. АКБ по 100А.ч. 4 шт. запас до 4800 Вт. (AGM аккумуляторы 50тыс.руб.)
3. Инвертор 2,4кВт номинальная мощность подключаемого оборудования (27тыс.)

Итого 113 тыс. руб. за комплект оборудования.

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:

1. На постоянной основе при химическом старении.
2. Краткосрочно при низком уровне заряда.
3. 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.