Онлайн-калькулятор позволяет рассчитать, сколько времени проработает аккумулятор заданной емкости при заданном токе нагрузки. Это позволяет рационально подобрать источник питания для вашего электронного устройства в строгом соответствии с необходимыми размерами устройства.
Калькулятор времени работы аккумулятора
Емкость аккумулятора (mAh)
Время работы аккумулятора до разряда (часы)
Как считает этот онлайн-калькулятор? Прежде всего, время работы устройства от аккумулятора и его разряд зависят от величины потребления устройства, измеряемой в миллиамперах (mA) и емкости батареи, измеряемой в ампер-часах (mAh).
Ампер – это основная электрическая величина, определяющая количество тока, проходящего через нагрузку. Время работы и разряда батареи вычисляется, исходя из текущего значения емкости батареи и величины нагрузки.
Цикл работы аккумулятора до допустимого разряда вычисляется по формуле:
Время работы аккумулятора = Емкость аккумулятора в mAh / ток нагрузки устройства в mA * 0.70*
* Поправочный коэффициент 0.70 необходим для учета внешних факторов, которые могут повлиять на срок службы батареи.
Упрощенная формула вычисления времени работы
В более упрощенном онлайн-калькуляторе расчета аккумулятора, время работы может быть высчитано из значений емкости АКБ, измеряемой в ампер-часах и мощности потребляемой нагрузки, измеряемой в Ваттах.
В таком случае значение вычисляется по формуле:
Время работы аккумулятора = (10 * емкость батареи) / нагрузка
Упрощенная формула
Емкость в Ампер-часах (Ah)
Перейти к содержимому
Предлагаем Вашему вниманию простой онлайн-калькулятор, при помощи которого можно рассчитать, сколько времени проработает аккумулятор определенной емкости при указанном токе нагрузки. Это позволит правильно подобрать источник питания для различных электронных устройств, в том числе и собранных своими руками.
Введите значения в поля, и нажмите «Вычислить». Результат покажет максимально возможное время работы Вашего аккумулятора.
Теоретически можно производить расчет по формуле: t=C_ак/I_н , где:
- t – продолжительность «работы» аккумуляторной батареи (ч);
- Сак – емкость аккумулятора (мА*ч);
- Iн – ток нагрузки (мА).
Но, проблема заключается в том, что при увеличении нагрузки на АКБ, также увеличивается скорость разряда емкости. Например, аккумулятор емкостью 800 мА*ч при нагрузке 800 мА, будет работать не час, а несколько меньше. В связи с этим используется следующая формула для расчета: t=C_ак/(I_н × K_I ), то есть, добавлен коэффициент KI, это табличное значение, подбираемое в зависимости от типа АКБ. В данном онлайн-калькуляторе используется усредненное значение коэффициента KI, равное 1,428.
Для получения результата достаточно ввести емкость АКБ (в мА*ч) и ток нагрузки (в мА). После этого нажать кнопку «Вычислить» и ознакомиться с результатом.
Telegram канал @asutpp_ru
Как профессионально и точно рассчитать время автономной работы бесперебойника или других потребителей от аккумуляторных батарей?
Точный расчет времени автономной работы от аккумулятора при помощи математических выкладок занятие нетривиальное. В связи с этим, мы упростили задачу, реализовав алгоритм расчета в калькуляторах:
- Расчет количества аккумуляторов по нагрузке и автономии
- Расчет времени автономии по нагрузке
Однако давайте рассмотрим подходы к определению времени автономной работы.
1) Простая формула
Т = E • U / P
где:
- Е — емкость аккумулятора в Ач
- U — напряжение
- P — мощность нагрузки в Вт.
Это сильно упрощенная формула, которая дает очень приблизительный результат при разрядах в диапазоне 5-15 часов. Подходит для того, чтобы быстро в уме прикинуть время автономии. Алгоритм не учитывает снижение энергоотдачи АКБ на коротких разрядах и увеличение на длинных, а также различные коэффициенты.
Существует усовершенствованная формула с коэффициентами:
Т = Uаб * Сак * К * h * Кр * Кg / Рнагр
где:
- Т – время автономной работы источника бесперебойного питания, ч;
- Uаб – напряжение аккумуляторной батареи, В;
- Сак емкость аккумуляторной батареи, Ач;
- К – количество аккумуляторов в цепи;
- h – КПД преобразователя (h=0,75-0,9), часто меняется от величины нагрузки;
- Кр – коэффициент глубины разряда 0,8 –0,9 (80%-90%), следует считать 80%;
- Кg – коэффициент доступной емкости (зависит от режима разряда и температуры, см. характеристики АКБ )
- Рнагр – мощность нагрузки.
Этот алгоритм даёт относительно точные результаты, но для длительных разрядов от 1 часа и выше. На коротких разрядах результаты могут быть сильно искаженными из-за нелинейной функции разряда свинцово-кислотных АКБ. Похожий метод мы использовали в статье Расчет автономной работы потребителя от аккумуляторов.
2) Формула Пекерта
T=Cp/I^n
где:
- T – время в часах
- Cp – емкость Пекерта (ёмкость АКБ при разряде током 1А)
- I – ток разряда
- n – экспонента Пекерта
Экспонента Пекерта иногда указывается в характеристиках АКБ, и рассчитывается она на основании данных C-рейтинга аккумулятора (емкость на разном времени разряда). Емкость Пекерта рассчитывается по формуле – Ср=R(C/R)^n (R – рейтинг в часах, соответствующий данной емкости, например, 10).
На базе этой формулы с учетом КПД инверторов и глубины разряда основаны наши калькуляторы. Они с высокой точностью рассчитывают время автономии как на коротких, так и на длинных разрядах.
3) Расчет по таблицам из спецификаций АКБ
Профессионально и точно можно рассчитать время автономии используя разрядные таблицы аккумуляторов. Опишем алгоритм по шагам:
Шаг 1. Расчет полной мощности в мощность нагрузки на аккумуляторы
Ракб= (Pнагр*cos(φ)*Кнагр)/КПДинв
где:
- Pнагр – мощность в кВа
- cos(φ) – характеристика коэффициент мощности (характеристика нагрузки)
- Кнагр – степень загрузки ИБП
- КПДинв – коэффициент полезного действия инвертора
Для примера возьмем ИБП мощностью 120кВа работающий на нагрузке 70% с коэффициентом мощности 0.8:
Ракб= (120000*0,8*0,7)/0,94=71 489Вт — именно эта нагрузка ляжет на весь аккумуляторный банк при питании ИБП от АКБ.
Шаг 2. Расчет нагрузки на один аккумулятор
Пересчитаем нагрузку на один АКБ. Как правило, в крупных ИБП аккумуляторы соединяются последовательно кол-вом 32-40шт. Для расчета нагрузки на на одну батарею при 40АКБ:
71 489Вт/40=1 788Вт.
В дата-листе аккумуляторов как правило указывается мощность на элемент (Pэл), которых 6шт. в 12В АКБ. Следовательно:
Pэл = 1788/6 = 298Вт.
Шаг 3. Изучение разрядных таблиц батарей и подбор.
В статье Как правильно выбрать аккумулятор для ИБП мы рассматривали подвиды аккумуляторов в разрезе различного целевого использования. Одна из базовых характеристик – это энергоотдача, т.е. сколько способен отдать мощности АКБ за определенное время.
Давайте посмотрим разрядные таблицы 100Ач аккумуляторов Delta двух различных серий.
Delta DTM 12100 l:
Delta HRL 12100:
Напомним, что наша нагрузка на элемент 298Вт. Глубина разряда – 10,8В или 1,80В на элемент. Таким образом, из данных таблиц, можно сделать вывод, что DTM 12100 l продержит нагрузку около 13,8 минут (можно считать пропорционально, искажения минимальны), Delta HRL 12100 – 16,3 мин. разница порядка 15%. Кстати, разница в цене приблизительно аналогична.
4) Проведение реальных разрядов
Конечно, идеальным является проведение реальных разрядных тестов. Необходимо учитывать, что аккумуляторы набирают максимальную емкость к 10-му циклу заряда-разряда.
| Расчет длительности работы АКБ в часах при определенной нагрузке | ||||||
| Марка АКБ | Емкость А/ч | Вольтаж | Обеспечение выходной мощности при нагрузке в ваттах (на сколько часов хватит) | |||
| 1 | 10 | 100 | 1000 | |||
| 6МТС 9 | 9 | 12 | 86 | 8,6 | 0,9 | 5,2 |
| 6МТС 10 | 10 | 12 | 96 | 9,6 | 1,0 | 5,8 |
| 6СТ 45 АПЗ | 45 | 12 | 432 | 43,2 | 4,3 | 25,9 |
| 6СТ 55 АПЗ | 55 | 12 | 528 | 52,8 | 5,3 | 31,7 |
| 6СТ 60 АПЗ | 60 | 12 | 576 | 57,6 | 5,8 | 34,6 |
| 6СТ 62 АПЗ | 62 | 12 | 595 | 59,5 | 6,0 | 35,7 |
| 6СТ 64 АПЗ | 64 | 12 | 614 | 61,4 | 6,1 | 36,9 |
| 6СТ 66 АПЗ | 66 | 12 | 634 | 63,4 | 6,3 | 38,0 |
| 6СТ 70 АПЗ | 70 | 12 | 672 | 67,2 | 6,7 | 40,3 |
| 6СТ 75 АПЗ | 75 | 12 | 720 | 72,0 | 7,2 | 43,2 |
| 6СТ 90 АПЗ | 90 | 12 | 864 | 86,4 | 8,6 | 51,8 |
| 6СТ 95 АПЗ | 95 | 12 | 912 | 91,2 | 9,1 | 54,7 |
| 6СТ 100 АПЗ | 100 | 12 | 960 | 96,0 | 9,6 | 57,6 |
| 6СТ 132 АПЗ | 132 | 12 | 1267 | 126,7 | 42187,0 | 76,0 |
| 6СТ 190 АПЗ | 190 | 12 | 1824 | 182,4 | 18,2 | 109,4 |
| 6СТ 210 АПЗ | 210 | 12 | 2016 | 201,6 | 20,2 | 121,0 |
| 6СТ 225 АПЗ | 225 | 12 | 2160 | 216,0 | 21,6 | 129,6 |
| 6СТ 240 АПЗ | 240 | 12 | 2304 | 230,4 | 23,0 | 138,2 |
| В часах | В часах | В часах | в минутах |
Для обеспечения 1 кВт выходной мощности в течение 1 часа нужна АКБ 12В / 170Ач. В пересчете на вольт-амперы — для обеспечения 1 kВA в течение 1 часа — 12В / 120Ач
Формула расчета мощности (пример):
Посчитайте суммарную потребляемую мощность приборов на 1 час работы:
Холодильник А-класса — примерно 60-70 Вт/ч. Прочие холодильники — до 150 Вт/ч
Энергосберегающие лампы освещения — 20 Вт/ч, допустим, 15 ламп = 300 Вт/ч
Котел с насосами отопления — 300 Вт/ч
Суммарная потребляемая мощность за час работы в данном случае = 600-700 Вт
Теперь рассчитаем суммарную емкость АКБ:
Берем стандартную систему из восьми 12-вольтовых АКБ по 200 Ач каждая: 12×200×8 = 19200 Вт/ч, умножаем на коэффициент потерь ~0.75-0.8 = 15 кВт/ч общей емкости. Это значение делим на среднюю нагрузку в час и получаем длительность автономной работы системы при взятой среднечасовой нагрузке. В данном случае это около 20 часов.
Надо добавить, что при постоянно высоких нагрузках скорость «съедания» энергии из АКБ возрастает. Еще примечание: данный расчет — теоретический и будет скорректирован в зависимости от множества факторов, таких, как возраст АКБ, температура окружающей среды и т. п.
Коэффициент потерь — 0,8
При установке видеонаблюдения или аварийного освещения необходимо заранее рассчитать, на сколько хватит подключенного к системе аккумулятора. Время автономной работы в первую очередь зависит от емкости батареи. А вот зависимость от тока потребления приобретает обратно пропорциональный характер. Можно рассчитать, на сколько хватит аккумулятора, зная его емкость.
Содержание
- Время разряда батареи в зависимости от тока нагрузки
- Методы расчета времени работы
- Экспонента Пекерта
- Простая формула
- Расчет по таблицам из спецификаций АКБ
- Вычисление полной мощности аккумулятора, от потребляемой мощности нагрузки на АКБ
- Расчеты нагрузки только на один АКБ
- Просмотр и изучение разрядных таблиц аккумуляторов и последующий подбор подходящего элемента
- Проведение реальных разрядов
- Заключение
Время разряда батареи в зависимости от тока нагрузки
В аккумуляторных источниках емкость указывается из расчёта того, сколько АКБ может выдавать тока в стандартный промежуток времени. В том случае, если в специфике источника это время не указано, то в основном берется 20 часов. Например, если на АКБ емкость указана как 200 А*ч, то это можно расшифровать как то, что батарея способна питать током 10А на протяжении 20 часов.
Интересно то, что подобный расчёт времени работы аккумулятора применим не для большой нагрузки. В случае батарей была замечена необычная закономерность. Она заключается в невозможности отдавать большой процент емкости при большей нагрузке. Таким образом, получается, что при увеличении тока нагрузки уменьшается процент отдачи емкости со стороны АКБ. Например, источник в 200 А*ч будет выдавать ток в 200А на протяжении 15-30 минут, но никак не полноценного часа.
Интересный факт! Емкость АКБ, который разряжен большой нагрузкой, никуда не девается, а остается в батарее. Например, если батарея в 100 А*ч разряжена на 50А, то при ее заряде она потребит где-то 50 А*ч. Но, если оставить ее на некоторое время, то емкость восстановится за счет диффузии ионов в электродах источника.
Такой эффект связан с тем, что ток в аккумуляторе протекает под воздействием ионной проводимости. Если в электролите проводимость на достаточно высоком уровне и при этом не несет особых значений, то перенос ионов в пластинах АКБ и преодоление переносчиками фазового раздела из электрода и электролита будет происходит медленно. Другими словами, если батарея будет быстро разряжаться, некоторые ионы просто не будут успевать выйти в электролит из электрода или преодолеть это расстояние в обратном порядке за время разряжения. Именно это и будет ограничивать емкость аккумулятора при быстром разряде.
Такая анормальность была давно замечена. И для расчёта времени разряда используют куда более емкие формулы, в которые внесены поправки на такой эффект.
Методы расчета времени работы
Экспонента Пекерта
Для того, чтобы рассчитать время работы АКБ, стоит воспользоваться формулой Пекерта:
В формуле используются следующие обозначения величин:
- Т – временной промежуток, ч.
- С – коэффициент, вычисленный Пекертом, который обозначает емкость батареи при разряжении током величиной в 1А.
- I – ток, при котором совершается разряд.
- N – Экспонента Пекерта.
Экспонента в некоторых случаях сразу же указывается в документации или характеристиках аккумулятора. Она рассчитывается на основе данных с-рейтинга АКБ, т.е. емкости в разных временных промежутках разряда. Коэффициент Пекерта можно рассчитать самостоятельно по формуле:
Здесь R обозначает часовой рейтинг присущий емкости.
Формула Пекерта помогает максимально точно рассчитать время работы автономного источника питания.
Простая формула
Чтобы рассчитать, на сколько хватит аккумулятора, можно использовать следующую формулу:
В ней используются следующие обозначения:
- Е – емкость используемого АКБ, А*ч.
- U – напряжение.
- Р – мощность нагрузки, Ватт.
Данная формула сильно упрощена. Ее можно использовать, чтобы быстро рассчитать примерное время (5-15 часов разряда) того, сколько будет работать источник. В этом уравнении нет поправок на снижение отдачи энергии батареи во время короткого разряда и увеличение этого же показателя на длительных периодах. Также здесь не учтены коэффициенты, которые позволяют дать максимально точные данные.
В случае с простым способом расчёта есть и более совершенная формула:
В ней используются такие обозначения, как:
- Т – время, на протяжении которого может работать источник питания, ч.
- U – Напряжение АКБ, Вольт.
- С – емкость аккумулятора, А*ч.
- К – количество используемых батарей для питания.
- h – Коэффициент полезного действия, применимый к преобразователю. Его показатели равняются 0.75-0.9, и довольно часто изменяются, так как показатель зависит от нагрузки.
- Кр1 – коэффициент задающий глубину разряда источника 0.8-0.9. Рекомендуется использовать меньшее значение (т.е. 80%).
- К2 – показатель доступной емкости.
- Р – мощность от нагрузки.
Такая формула позволяет посчитать более точное время работы автономного источника питания, но для более длительных разрядов от 60 минут. На непродолжительном разряде полученные данные будут сильно разниться с реальными показателями из-за наличия нелинейной функции разрядов в кислотно-свинцовых батареях.
Расчет по таблицам из спецификаций АКБ
Способ расчета времени работы аккумулятора по таблицам из спецификаций батарей позволяет получить точные результаты. Этот метод выяснения времени, сколько может работать АКБ делится на три этапа.
Вычисление полной мощности аккумулятора, от потребляемой мощности нагрузки на АКБ
В формуле применяются такие обозначения, как:
- Р1 – мощность, Вт;
- Соs(φ) – характеристика на коэффициент мощности;
- К – степень прилагаемой нагрузки ИБП;
- КПД инвертора.
Например, если взять ИБП мощностью в 120 кВт, который работает при нагрузке в 70%. А коэффициент мощности в 0.8, то получится следующий расчёт:
Именно такая нагрузка и пойдёт на ИБП при питании источника устройства от аккумулятора.
Расчеты нагрузки только на один АКБ
На этом этапе важно перерассчитать нагрузку именно на одну батарею. Потому что обычно в больших источниках бесперебойного питания используются несколько батарей, соединенных последовательно. Количество АКБ может варьироваться до 40 штук.
Формула для вычисления нагрузки на одну батарею при условии, что в цепочке 40 штук выглядит так:
Достаточно просто разделить предыдущий результат на количество элементов в цепи. Также в дата-листах АКБ указывают мощность только на один элемент, которых, как правило, 6 штук в 12В батареях. Из этого следует, что нагрузка примет такое значение:
Где Рэл – это мощность одного элемента.
Просмотр и изучение разрядных таблиц аккумуляторов и последующий подбор подходящего элемента
Базовой характеристикой каждой батареи считается ее энергоподача. Этот показатель указывает на количество выдаваемой мощности АКБ в определенный временной промежуток. В характеристических таблицах ориентиры идут на глубину разряда. Таблицы выглядят следующим образом:
Для примера были взяты две таблицы аккумулятора Дельта из двух серий. В ходе вычисления была выявлена нагрузка в 298Вт. По таблицам видно, что первый источник выдержит нагрузку почти 14 минут, а второй — 16. Очевидно, что выбор лучше делать на второй аккумулятор.
Проведение реальных разрядов
Самые точные показатели дает проверка проведением реальных разрядов. Но эта процедура очень длительная. Также не стоит забывать, что АКБ приобретает максимальную ёмкость только на 10 цикле заряд-разряд.
Заключение
Узнать на сколько хватает аккумулятора для питания той или иной техники достаточно просто. Формулы весьма легкие. Также существуют специальные калькуляторы, в которые достаточно вбить все необходимые данные.