Емкость аккумуляторов

emkosti_akkumulyatora
Знание закономерности зависимости емкости аккумулятора от различных параметров, таких как ток разряда или температуры эксплуатации, позволяет рассчитать необходимую емкость и определить тип аккумуляторов на любом автономном мощном потребителе электричества (электромобиль, ретранслятор и пр.).

При вычислении емкость аккумулятора представляет собой произведение тока разряда аккумулятора на время в часах до полной разрядки аккумулятора.
Под полной разрядкой в этом случа подразумевается достижение минимального допустимого конечного напряжения, установленного производителем. При этом не рассматривается дальнейший - глубокий разряд аккумулятора - при котором аккумулятор может выйти из строя..

На практике ток постоянно меняется, поэтому можно говорить только об усреднённом значении емкости при усредненной (псевдо-постоянной) нагрузке. Кроме того емкость аккумулятора ЗАВИСИТ от тока разряда, сильно зависит. Для примера 12 вольтовый аккумулятор , которые выдаёт номинальную ёмкость при разряде за 20 часов, в случае серьезного увеличения силы тока и разряде за 15 минут - выдаст менее половины номинальной ёмкости.
А при разряде меньшими токами емкость может быть выше номинальной. Часто это отражено в паспортной документации для дорогостоящих аккумуляторов. При использовании обычных "бюджетных" аккумуляторов, особенно маломощных, приходится работать с неполной ёмкостью. Так как для большинства аккумуляторов рассчетная мощность дана из условичя 20-тичасовой разрядки, а в реальных условиях мы часто сталкиваемся с более быстрой разрядкой (видеоплеер, ноутбук, электромобиль).

Причина уменьшения ёмкости при увеличении тока разряда связана с тем, что внутри аккумулятора ток течет благодаря ионной проводимости. Ведь процесс переноса ионов внутри пластин аккумулятора и преодоление ими фазового раздела поверхность электрода/электролит происходит достаточно медленно. При быстром разряде часть ионов не успевает выйти из электрода в электролит (или войти из электролита в электрод) за время разряда, что ограничивает выдаваемую аккумулятором емкость.

Более простым языком - аккумулятор выдает часть емкости и "отыгрывает" отданную ёмкость за счет внутреннего резерва. При быстрой разрядке аккумулятор не успевает отыграть отданную ёмкость.
Если же дать аккумулятору отдохнуть - он выдаст ещё небольшую часть мощности - это количество тем больше, чем больший ток разряда был использован, это используется при использовании тяговых аккумуляторов (с большим током разряда), если электромобиль встал из-за разрядки аккумулятора - то можно остановиться, подождать некоторое время и исопльзовать накопившуюся энергию с малой мощностью, чтобы добраться до места зарядки.

Напомним что зависимость времени разряда от тока нелинейна. В общем случае она подчиняется экспоненциальным законам изменения концентрации компонентов обратимой реакции.
Математическая модель процесса была описана в 1897 году Пекертом (Peukert). Он эмпирически установил, что отношение между разрядным током I и временем разряда аккумулятора T (от полностью заряженного к полностью разряженному), и может быть описано формулой:

Cp = I^n * T

где Cp – емкость Пекерта (1.1-1.35 - зависит аккумулятора), n – экспонента Пекерта (чем больше n, тем меньше способность аккумулятора отдавать полную емкость при повышенной нагрузке).

Учитывая что ток постоянно меняется, наличие длительных перерывов в работе аккумулятора и изменение константных значений емкости и экспоненты Пекерта (старение аккумулятора) необходимо постоянно пересчитывать значения для получения адекватных данных. Особенно эффект заметен на примере "цифрового эффекта памяти" в литий-ионных батареях для ноутбуков – при эксплуатации в условиях частичного заряда/разряда отмечается постепенное уменьшение времени работы от аккумуляторной батареи, из-за несоответствия оставшейся емкости, рассчитанной системой управления батареей, реальной. Эффект "цифровой памяти" нивелируется полным зарядом с последующим полным разрядом аккумулятора раз в 30-50 циклов (ноутбуки лучше всего разряжать при входе в настройки BIOS, после отключения из-за разряда аккумулятора сразу же зарядить).