Понимание объёма (мА*ч) и эффективности зарядки портативного аккумулятора Power Bank
Эта статья подходит для:
TL-PB20100 , TL-PB5200 , TL-PB15600 , PB50 , TL-PB20000 , TL-PBG6700 , TL-PBG3350 , TL-PB10400 , TL-PB10000 , TL-PB2600 , TL-PBG13400 , TL-PBB6000 , TL-PBB3000
Распространённое заблуждение
Единица измерения миллиампер-час (мА*ч) обычно используется для обозначения объёма аккумулятора. Одно из распространённых заблуждений заключается в том, что мы можем измерять объём аккумулятора power bank с помощью объёма аккумулятора смартфона/планшета, чтобы выяснить, сколько раз мы можем использовать этот power bank для их зарядки. Но такой алгоритм не является правильным.
Объём и энергия – это разные понятия
Проще говоря, Ампер-час (мА*ч) – это единица измерения электрического заряда, которая представляет объём аккумулятора, а Ватт-час (Вт*ч) – это единица измерения электрической энергии.
Ватт-час = Ампер-час х Напряжение
Объём в 10400 мАч означает, что этот аккумулятор способен обеспечить суммарный заряд в 10400 мАч при определенном показателе напряжения. Что касается литий-ионного аккумулятора, то большая часть его заряда передаётся с напряжением около 3,7В, поэтому общая мощность аккумулятора на 10400 мАч теоретически составляет 10400 мАч х 3,7 В = 38480 мВт*ч, что равно примерно 38 Вт*ч.
Определение количества циклов зарядки Power Bank
В качестве примера возьмём аккумулятор TL-PB10400_V1.
TL-PB10400_V1 – литий-ионный аккумулятор объёмом в 10400 мАч. Когда мы используем TL-PB10400_V1 для зарядки других устройств, его выходное напряжение равно 5В, как и в случае многих других зарядных устройств.
Таким образом, общий доступный выходной электрический заряд в теории составляет 38480 мВт*ч / 5В = 7696 мАч. Внутренняя схема устройства должна потреблять некоторое количество энергии, поэтому КПД не может быть 100%.
Примечание: эффективность разряда менее 90% при 2А тока.
Теперь вы можете разделить 6926 мАч на объём аккумулятора вашего смартфона, чтобы определить количество возможных циклов зарядки. Например, 6926 мАч может полностью зарядить устройство с аккумулятором в 2600 мАч около 2,5 раз (6926 мАч / 2600 мАч = 2,66 раза). Но это все равно предполагает идеальные условия.
На самом деле, внутренние схемы смартфона/планшета тоже потребляют некоторое количество энергии. В результате только часть заряда Power Bank в конечном итоге попадёт в батарею смартфона/планшета. Таким образом, вы можете получить менее 2,4 циклов из вышеприведённого примера. Помимо этого различные устройства могут иметь разную эффективность зарядки в зависимости от их различной внутренней конструкции, поэтому цикл заряда может отличаться даже у двух устройств имеющих одинаковую емкость батареи.
Кроме того, если смартфон работает или во время заряда включён экран, Wi-Fi модуль, центральный процессор или работают другие компоненты, он потребляет больше энергии, что делает эффективность зарядки еще ниже.
Окончательная эффективность заряда других аккумуляторных устройств (смартфонов/ планшетов) также определяется их собственной конструкцией по тем же принципам, что описаны выше.
Был ли этот FAQ полезен?
Ваш отзыв поможет нам улучшить работу сайта.
Что вам не понравилось в этой статье?
- Недоволен продуктом
- Слишком сложно
- Неверный заголовок
- Не относится к моей проблеме
- Слишком туманное объяснение
- Другое
Как мы можем это улучшить?
Спасибо
Спасибо за обращение
Нажмите здесь, чтобы связаться с технической поддержкой TP-Link.
HydroMuseum – Емкость аккумулятора
Емкость аккумулятора
Емкость аккумулятора – самая важная техническая характеристика аккумулятора, которая показывает, сколько времени аккумулятор сможет питать подключенную к нему нагрузку. Обычно емкость аккумулятора измеряется в ампер-часах, а для небольших аккумуляторов ─ в миллиампер-часах.
Сама единица измерения показывает, что емкость аккумулятора является произведением постоянного тока разряда аккумулятора (в амперах, иногда в миллиамперах) на время разряда (в часах):
Е [А · час] = I [А] · T [час]
Вопреки расхожему мнению, емкость аккумулятора не характеризует полностью энергию аккумулятора, т.е. энергию, которая может быть накоплена в полностью заряженном аккумуляторе. Ведь чем больше напряжение аккумулятора, тем больше накопленная в нем энергия. В самом деле, электрическая энергия равна произведению напряжения на ток и на время протекания тока:
W [Дж]= I [А] · U [В] · T [с]
Следовательно, энергия аккумулятора равна произведению его емкости на номинальное напряжение:
W [Вт·час]= E [А·час] · U [В]
Если несколько
аккумуляторов одной емкости соединены последовательно, то емкость получившейся
аккумуляторной батареи равна емкости входящих в батарею аккумуляторов.
Иногда путают емкость аккумулятора и заряд (заряженность) аккумулятора. Емкость показывает потенциал аккумулятора, то, сколько времени он сможет питать нагрузку, если будет полностью заряжен.
Можно провести аналогию со стаканом воды. Емкость (объем) стакана не изменяется в зависимости от того, полный он или пустой. Так и с аккумулятором ─ в заряженном и разряженном состоянии аккумулятор имеет одну и ту же емкость.
Характеристики емкости свинцового аккумулятора
Энергетическая емкость [Вт/элемент]
Характеристика аккумулятора, показывающая способность аккумулятора разряжаться в режиме постоянной мощности в течение определенного небольшого времени (обычно 15 минут). Эта характеристика распространена в США, но постепенно распространяется и среди производителей аккумуляторов из других стран. Приближенно оценить емкость аккумулятора в ампер-часах по его энергии в Вт/эл (15 мин) можно по формуле:
Е [А·час] = W [Вт/эл] / 4
Резервная емкость
Характеристика
автомобильного аккумулятора, показывающая его способность питать электросистему
движущегося автомобиля, если генератор автомобиля не работает.
Измеряется в
минутах разряда аккумулятора током 25 А. Распространена в США (reserve capacity). Приближенно оценить
емкость аккумулятора в ампер-часах по его резервной емкости в минутах можно по
формуле:
Е [А·час] = T [мин] / 2
Ток разряда
Чем больше ток разряда, тем меньше емкость аккумулятора. Обычно производитель назначает номинальной емкость свинцового аккумулятора при длительных (10, 20 или 100 часов) разрядах. При 15-минутном разряде емкость свинцового аккумулятора обычно составляет чуть менее половины номинальной емкости.
Зависимость времени разряда от тока разряда близка к степенной. Распространена, в частности, формула (закон) Пейкерта (Пекерта) ─ по имени немецкого ученого Peukert. Пейкерт установил, что:
I p·T = const
Здесь p ─ число Пейкерта ─ показатель степени, постоянный для данного
аккумулятора или типа аккумуляторов. Формула Пейкерта действует и для
современных герметичных свинцовых кислотных аккумуляторов.
Для свинцовых аккумуляторов число Пейкерта обычно изменяется от 1.15 до 1.35. Величину константы в правой части уравнения можно определить по номинальной емкости аккумулятора. Тогда, после нескольких преобразований, получим формулу для емкости аккумулятора E при произвольном токе разряда I:
Е = Eн · (Iн / I)p-1
Здесь Eн ─ номинальная емкость аккумулятора, а Iн ─ ток разряда, при котором задана номинальная емкость (обычно ток 20-часового или 10-часового разряда).
Конечное напряжение разряда
По мере разряда
напряжение на аккумуляторе падает. При достижении конечного напряжения разряда
аккумулятор отключают. Чем меньше конечное напряжение разряда, тем больше
емкость аккумулятора. Производитель аккумулятора устанавливает минимальное
допустимое конечное напряжение разряда (оно зависит от тока разряда). Если напряжение
аккумулятора становится меньше этой величины (глубокий разряд), аккумулятор
может выйти из строя.
Температура
При повышении температуры от 20 до 40 градусов Цельсия емкость свинцового аккумулятора возрастает примерно на 5%. При уменьшении температуры от 20 до 0 градусов Цельсия емкость аккумулятора уменьшается примерно на 15%. При уменьшении температуры еще на 20 градусов, емкость аккумулятора падает еще на 25%.
Износ аккумулятора
Емкость свинцового аккумулятора в состоянии поставки может быть чуть больше или чуть меньше номинальной емкости. После нескольких циклов разряд-заряд или нескольких недель пребывания под «плавающим» зарядом (в буфере) емкость аккумулятора увеличивается. При дальнейшей эксплуатации или хранении аккумулятора емкость аккумулятора падает ─ аккумулятор изнашивается, стареет и, в конце концов, должен быть заменен новым аккумулятором. Чтобы заменить аккумулятор вовремя, за износом аккумулятора лучше следить с помощью современного тестера емкости аккумулятора ─ индикатора емкости свинцовых аккумуляторов «Кулон»
Классическим методом проверки аккумулятора является
контрольный разряд.
Аккумулятор заряжают, а затем разряжают постоянным током,
регистрируя время до конечного напряжения разряда. Дальше определяют остаточную
емкость аккумулятора по формуле:
Е [А·час]= I [А] · T [час]
Ток разряда обычно выбирают таким, чтобы время разряда примерно соответствовало 10 или 20 часам (в зависимости от того, для какого времени разряда указана номинальная емкость аккумулятора). Теперь можно сравнить остаточную емкость аккумулятора с номинальной емкостью. Если остаточная емкость составляет менее 70-80% номинальной емкости, аккумулятор выводят из эксплуатации, потому что при таком износе, дальнейшее старение аккумулятора будет происходить очень быстро.
Недостатки традиционного метода контроля емкости аккумулятора очевидны:
- сложность и трудоемкость;
- выведение аккумулятора из эксплуатации на длительный срок.
Для быстрого теста аккумуляторов сейчас
существуют специальные приборы, которые позволяют проверить емкость
аккумулятора за несколько секунд.
Измерение состояния заряда литий-ионного аккумулятора (SoC) — метод кулоновского счетчика
Существует несколько способов измерения состояния заряда литий-ионного аккумулятора (SoC) или глубины разряда (DoD) литиевой батареи. Некоторые методы довольно сложны в реализации и требуют сложного оборудования (спектроскопия импеданса или ареометр для свинцово-кислотных аккумуляторов).
Здесь мы подробно рассмотрим два наиболее распространенных и простых метода оценки уровня заряда аккумулятора: метод напряжения или напряжение разомкнутой цепи (OCV) и метод подсчета кулонов .
1/ Оценка SoC с использованием метода определения напряжения разомкнутой цепи (OCV)
У всех типов аккумуляторов есть одна общая черта: напряжение на их клеммах уменьшается или увеличивается в зависимости от уровня их заряда. Напряжение будет самым высоким, когда аккумулятор полностью заряжен, и самым низким, когда он разряжен.
Соотношение между напряжением и SOC напрямую зависит от используемой аккумуляторной технологии. В качестве примера на приведенной ниже диаграмме сравниваются кривые разряда свинцовой батареи и литий-ионной батареи.
Литий-LiFePO4 по сравнению с кривой разряда свинцаМожно видеть, что свинцово-кислотные батареи имеют относительно линейную кривую, что позволяет хорошо оценить состояние заряда: для измеренного напряжения можно достаточно точно оценить значение связанный SoC.
Однако литий-ионные аккумуляторы имеют гораздо более пологую кривую разряда , что означает, что в широком рабочем диапазоне напряжение на клеммах аккумулятора изменяется очень незначительно. Литий-железо-фосфатная технология
имеет самую плоскую кривую разряда, что очень затрудняет оценку SoC при простом измерении напряжения. Действительно, разница напряжений между двумя значениями SoC может быть настолько мала, что невозможно с хорошей точностью оценить состояние заряда.
На приведенной ниже диаграмме показано, что разница в измерении напряжения между значением DoD 40 % и 80 % составляет около 6,0 В для 48-вольтовой батареи в свинцово-кислотной технологии , в то время как для 0,5 В для литий-железной батареи фосфат!
Оценка Soc лития по сравнению с AGM методом OCVОднако калиброванные индикаторы заряда могут использоваться специально для литий-ионных аккумуляторов в целом и литий-железо-фосфатных аккумуляторов в частности. Точное измерение в сочетании с смоделированной кривой нагрузки позволяет получить измерения SoC с точность от 10 до 15% .
Измеритель SoC с литий-железо-фосфатной калибровкой2/ Оценка SoC с использованием метода кулоновского подсчета
Для отслеживания состояния заряда при использовании батареи наиболее интуитивным методом является отслеживание тока путем интегрирования его во время использования элемента. Эта интеграция напрямую дает количество электрических зарядов, вводимых или отводимых от батареи, что позволяет точно определить SoC батареи.
В отличие от метода OCV, этот метод позволяет определить изменение состояния заряда во время использования батареи. Для точного измерения не требуется, чтобы батарея находилась в состоянии покоя.
Кулоновский счетчикХотя измерение тока выполняется прецизионным резистором, могут возникать небольшие погрешности измерения, связанные с частотой дискретизации. Чтобы исправить эти предельные ошибки, счетчик кулонов перекалибровывается при каждом цикле нагрузки.
Измерение состояния заряда литий-ионного аккумулятора (SoC), выполненное с помощью подсчета кулонов, допускает погрешность измерения менее 1% , что позволяет очень точно определить оставшуюся энергию в аккумуляторе. В отличие от метода OCV, подсчет кулонов не зависит от колебаний мощности батареи (которые вызывают падение напряжения батареи), а точность остается постоянной независимо от использования батареи.
| Кулоновский счетчик CC150 | Кулоновский счетчик CC150 – шунтирующий резистор |
| Кулоновский счетчик CC150 – шунтирующий резистор | Кулоновский счетчик CC150 — установка на PowerBrick+ 48 В 25 Ач |
Воспроизведение без разрешения запрещено.