Аккумуляторы

Энергоёмкость

1. Суперконденсатор:
Размер: цилиндр диаметром около 5 см и длиной 14 см.
Объем: 3,14159х(0,5^2) x 1,4 = 1 л

Количество энергии, запасенной в конденсаторе, выраженное в джоулях:
E = CU^2/2,
где C — емкость, выраженная в фарадах, U — напряжение на обкладках, выраженное в вольтах.
Количество энергии, запасенной в конденсаторе, выраженное в КВт·ч, равно:
W = CU^2/7200000 (=(E/3600)/1000, 1 Wh = 3 600 Дж)
Отсюда, конденсатор емкостью 3000 Ф с напряжением между обкладками 2,5 В способен запасти в себе только 0,0026 КВт·ч (3 000*2,5*2,5/7 200 000). Как это можно соотнести, например, с литий-ионным аккумулятором? Если принять его выходное напряжение не зависящим от степени разряда и равным 3,6 В, то количество энергии 0,0026 КВт·ч будет запасено в литий-ионном аккумуляторе емкостью 0,72 Ач (2,6Wh/3,6V=0,722Ah). Увы, весьма скромный результат.
Сверху запасли 3000*(2,5^2)/7200 = 2,6Wh.
Плотность энергии: 2,6 Вт·ч/л (большинство примерно 8 Вт·ч/л)
Удельная энергоёмкость: примерно 5 Wh/кг

2. Мой Li-ion аккумулятор 1020 mAh 3,7V (1,02x3,7 = 3,774Wh)
Размеры: 53 mm x 39,9 mm x 5,7 mm
Масса: 0,022 кг
Плотность энергии: 3,774/(0,53 х 0,399 х 0,057) = 313 Вт·ч/л
Удельная энергоёмкость: 3,774/0,022 = 171,5 Вт·ч/кг

3. Для сравнения у бензина (плотность 0,71 кг/л):
Плотность энергии: примерно 2500 Вт·ч/л
Удельная энергоёмкость: 2500*0,71 = 1775 Вт·ч/кг

4. Для сравнения у Ni-MH-аккумуляторов:
Удельная энергоплотность: примерно 150 Вт·ч/л
Удельная энергоёмкость: примерно 65 Вт·ч/кг.

5. Для сравнения у моего свинцово-кислотного аккумулятора от ИБП:
7,2Ah 12V (7,2x12 = 86,4Wh)
размеры: 148 mm x 93 mm x 64 mm
масса 2,370 кг
Плотность энергии: 86,4/(1,48 х 0,93 х 0,64) = 98 Вт·ч/л
Удельная энергоёмкость: 86,4/2,370 = 36,5 Вт·ч/кг
Аналогичный Li-ion аккумулятор мог бы запасти
86,4*(313/98) = 275,95Wh
он бы весил: 275,95/171,5 = 1,6 кг.

Расчет продолжительности заряда

Продолжительность заряда рассчитывается как отношение емкости аккумулятора (А х час) к зарядному току (А) с учетом повышающего коэффициента, значение которого выбирается от 1,2 до 1,6 (чем меньше значение зарядного тока относительно емкости аккумулятора, тем больше повышающий коэффициент). Этот метод расчета применим для продолжительности заряда от 4 до 20 часов. При меньшей продолжительности заряда (менее 4 часов) ЗУ должно автоматически отключать аккумуляторы по достижении ими полного заряда, а при большей (свыше 20 часов) нет смысла в точности отслеживать время окончания заряда, т.к. перезаряд не вредит аккумулятору (его можно оставлять в зарядном устройстве до 6-7 суток). Зарядный ток указывается на корпусе ЗУ либо в инструкции по эксплуатации. Допускается прерывание заряда на небольшой период, суммарная продолжительность заряда в этом случае не должна быть меньше расчетной.
Пример:
Зарядное устройство GP PowerBank Universal (PB19), ток заряда для аккумуляторов типоразмера AA - 260 мАч Заряжаемые аккумуляторы GP 250AHHC - номинальная емкость аккумуляторов 2420 мАч
Расчет минимально достаточной продолжительности заряда: (2420 : 260) х 1.2 = 11,2 часов

Мой:

З/У GPPB31GS
PRI: 230V - 50 Hz 3,8 W
Sec: 1,12 VA (max)
2x(2,8 V ~ 200 mA) AA
2x(2,8 V ~ 100 mA) AAA

Аккумулятор:

1) АА — 2300 мАч

Расчет минимально достаточной продолжительности заряда: (2300 : 200) х 1.2 = 13,8 часов (13 часов 48 минут)

2) AA — 2500 мАч

Расчет минимально достаточной продолжительности заряда: (2500 : 200) х 1.2 = 15,0 часов (15 часов 00 минут)

3) AA — 2700 мАч

Расчет минимально достаточной продолжительности заряда: (2700 : 200) х 1.2 = 16,2 часов (16 часов 12 минут)

4) AAA — 970 мАч

Расчет минимально достаточной продолжительности заряда: (970 : 100) х 1.2 = 11,64 часов (11 часов 38 минут)

Срок службы аккумяторов

Срок службы аккумуляторов определяется количеством полных циклов заряд-разряд. Для реальных условий использования количество циклов не превышает 400, при этом емкость аккумулятора падает до 60-80% от номинального значения. Это количество циклов соответствуют 2-2,5 годам реальной эксплуатации (в среднем 3 цикла заряд-разряд в неделю).

Li-Ion

Параметры акумулятора от сотового телефона fly:
3,7V 900mAh 3,33Wh (900*0,001*3,7=3,33)
Параметры акумулятора от фотоаппарата Nikon:
3,7V 700mAh 2,6Wh (700*0,001*3,7=2,59)

Параметры моей лягушки:
Output:
USB: 5,5V 1000mA
4,2V 300mA
Параметры лягушки Сергея:
Output: DC 2,8V-8,7V 250mA
Suitable capacity (Подходящая емкость): 200mAh-3000mAh

Расчет минимально достаточной продолжительности заряда:

1) Мой фотоаппарат Nikon от моей лягушки:
(900 : 300) х 1.2 = 3,6 часов
2) Мой телефон fly от моей лягушки:
(700 : 300) х 1.2 = 2,8 часов

Перевод величин

Перевод mAh в Wh
3,7V 900mAh 3,33Wh (900*0,001*3,7=3,33)

Зависимость м/д напряжением на АКБ и оставшейся ёмкостью

Для Li-Ion:

4,20 В - 100%
4,08 В -   90%
4,01 В -   80%
3,93 В -   70%
3,88 В -   60%
3,83 В -   50%
3,79 В -   40%

3,76 В -   30%
3,72 В -   20%
3,69 В -   10%
3,51 В -     0%