Разница между ампер-часами и ватт-часами аккумуляторной батареи
Неважно, как используется литий-ионная батарея – для питания транспортного средства или резервного питания – важно уметь заранее рассчитать, сколько энергии потребуется. Для этого нужно понимать значение ватт-часов (Вт⋅ч, Wh) и ампер-часов (А·ч, Ah), а также различие между ними.
Ватт-часы = мощность за время
Мощность измеряется в ваттах (1 Вт эквивалентен 1 Дж в секунду). Вт⋅ч – единица измерения количества произведенной либо потребленной энергии за 1 ч. По ней судят об энергопотреблении электроприборов за определенное время. Например, чтобы узнать суточное энергопотребление лампы мощностью 50 Вт, нужно 50 умножить на 24 ч, что даст 1200 Вт-ч.
Ампер-часы = ток за время
Если Вт⋅ч служат для изменения энергии, то А·ч используются для измерения заряда. Для расчета А·ч сначала узнают количество ампер или ток – поток заряженных частиц, электронов или ионов, движущихся через электрический проводник или пространство. А·ч показывают, сколько ампер протекает за 1 ч. Аккумуляторная батарея емкостью 150 Ah способна отдать 150 А за 1 ч. Она же может выдать 300 А за 2 ч. Иными словами, по А·ч видно, сколько тока выдает аккумулятор за определенное время. Чтобы выяснить скорость полной зарядки и разрядки, посмотрите на рейтинг C. Зарядка со скоростью C 1C означает, что аккумулятор заряжается от 0 до 100% за час. Скорость 0,5C или C2 означает двухчасовую разрядку, а C5 — пятичасовую разрядку. Если батарея имеет номинал 1С, то при емкости 20 А·ч она должна обеспечивать ток 20 А в течение 1 ч.
Преобразование Вт⋅ч в А·ч и наоборот
Вт⋅ч и А·ч — это разные единицы измерения, но они взаимосвязаны. Одна из них может использоваться для определения другой. Вт⋅ч = А·ч x В А·ч = Вт⋅ч / В
Возьмем 12-вольтную батарею на 200 Ah. Умножим 200 А·ч на 12 В, что даст 2400 Вт-ч. Те же 2400 Вт-ч выдаст батарея напряжением 24 В и емкостью 100 А-ч. На основе Вт⋅ч можно рассчитать А·ч. Если аккумулятор 1200 Вт·ч, то разделите 1200 Вт-ч на его напряжение (скажем, 12 В), что даст 100 А-ч.
Зачем рассчитывать Вт⋅ч и А·ч
Они помогут понять, сколько энергии или тока отдаст аккумулятор за конкретное время. Если неизвестно, сколько А·ч или Вт⋅ч вам потребуется, вы не сможете узнать, способен ли литий-ионный аккумулятор удовлетворить энергетические потребности. К примеру, если создаете накопитель солнечной энергии для дома, то сначала оцените, сколько энергии потребуется, сложив все ватты, которые домашние устройства потребляют за день. Затем воспользуйтесь упомянутыми выше уравнениями, чтобы определить характеристики для вашей системы. Это поможет подобрать литий-ионный аккумулятор, соответствующий вашим нуждам.
Что такое энергоемкость аккумулятора
Емкость – основная характеристика аккумулятора. От нее зависит объем энергии, которую способен накопить и отдать источник питания, и время автономной работы питающегося от него оборудования. В случае с электровелосипедами и другими видами персонального электротранспорта от емкости аккумуляторной батареи напрямую зависит расстояние пробега на 1 заряде.
В чем измеряется емкость АКБ?
В вопросе, что такое энергоемкость аккумулятора, рассматривается несколько характеристик – от удельных до абсолютных величин. В технических характеристиках емкость АКБ указывается в ампер-часах (А·ч) и/или ватт-часах (Вт·ч). Более точно возможности источника питания отражает значение в ватт-часах. Это абсолютная емкость. Ее значение показывает, какую мощность может выдавать данная АКБ на протяжении 1 часа, независимо от разрядных токов и напряжения.
Например, батарея энергоемкостью 450 Вт·ч может выдавать мощность 450 Вт на протяжении 1 часа. Удельная энергоемкость измеряется в Вт·ч/кг и показывает, какую мощность может предоставлять данная АКБ массой 1 кг на протяжении 1 часа. Чем больше удельная энергоемкость (другими словами – энергетическая плотность) элементов питания, тем меньше их масса при равной величине накапливаемой энергии.
Емкость в ампер-часах – это уже относительная величина, зависящая от номинального напряжения батареи. Например, литий-ионные аккумуляторы имеют номинальное напряжение 3,7 В на элемент, а литий-железо-фосфатные (LiFePO4) – 3,2 В. Для набора необходимого напряжения – 36 В, 48 В и т.д. – элементы питания соединяются в батарею последовательно. Для суммирования емкости ячеек они соединяются параллельно.
Перевод емкости из А·ч в Вт·ч
Чтобы рассчитать абсолютную постоянную энергоемкость в Вт·ч, зная значение в А·ч, нужно умножить его на номинальное напряжение АКБ:
Например, для батареи емкостью 13 А·ч и вольтажом 36 В абсолютная энергоемкость составит 13 А·ч х36 В = 468 Вт·ч.
Аналогично, зная абсолютную постоянную энергоемкость батареи в Вт·ч, можно рассчитать ее реальную емкость при определенном рабочем напряжении оборудования. Для этого достаточно разделить абсолютную емкость в ватт-часах на рабочее напряжение нагрузки в вольтах:
Например: 468 Вт·ч :36 В =13 А·ч, а 468 Вт·ч :24 В =19,5 А·ч.
О напряжении
Чаще всего АКБ электровелосипедов имеют рабочее напряжение 24, 36 или 48 В. С его возрастанием обычно увеличивается и максимально развиваемая скорость е-байка. Конечно, на мощность и скорость электровелосипеда влияют и другие факторы, такие как мощность мотора и эффективность трансмиссии. Но все же мощные и скоростные е-байки обычно оснащаются АКБ с напряжением 48 В и выше.
Выводы: на что влияет энергоемкость АКБ электровелосипеда
От этой характеристики зависит дальность поездок на 1 заряде батареи. Ориентировочно при езде в наиболее экономичном режиме – по ровному асфальту, без резких разгонов и торможений, встречного ветра и других препятствий – на каждый километр пути тратится 8–10 Вт·ч энергии литиевой аккумуляторной батареи (без кручения педалей). При вращении педалей велосипедист уменьшает потребляемый мотором ток, поэтому и запас энергии батареи расходуется экономнее.
Наиболее точно и наглядно емкость характеризует ее абсолютная постоянная величина, измеряемая в ватт-часах. Зная ее, легко определить и ориентировочную дальность хода на 1 заряде, и относительную емкость в ампер-часах, которая зависит от номинального напряжения питаемого оборудования.
Как посчитать ватт-часы аккумулятора («Wh» или «Вт·ч») для перевозки в самолёте в ручной клади или багаже
Для отправлений посылок или путешествий самолётом с литиевыми батареями, аккумуляторами, блоками зарядки нужно перевести ёмкость аккумулятора в ватт-часы (мера Вт·ч или Wh).
Метод, как посчитать ватт-часы аккумулятора, который мы приводим ниже, относится к любым перезаряжаемым литий-ионным элементам.
Производитель элемента питания иногда указывает характеристику ватт-часов (Wh) непосредственно на корпусе аккумулятора или повербанка.
«Прежде чем вскрывать сейф — проверь, не заперт ли он» © Мартин Лоуренс в к/ф «Бриллиантовый полицейский».
Как перевести ёмкость аккумулятора в Ватт-часы (Wh)
Чаще всего характеристика Вт·ч (Wh) на аккумуляторе не указана. Либо узнать это невозможно из-за конструктивной особенности (батарея находится внутри устройства, например).
В таком случае просто умножьте значение напряжения («Вольт») на ток («Ампер-часы»). Они могут быть известны из документации (либо с сайта производителя устройства/аккумулятора).
Вт·ч (Wh) = В (V) * А·ч (Ah)
Рассмотрим пример №1
Есть аккумулятор ёмкостью 4400 мАч с напряжением 11,1 Вольт (мы узнали это с сайта производителя устройства, из которого извлекли «банку»).
- 1. Разделим номинальное значение м·Ач на 1000, чтобы получить значение в А·ч.
- 2. 4400 / 1000 = 4,4 А·ч
- 3. Теперь мы умножим по формуле напряжение на значение в А·ч.
- 4. 4,4 А·ч * 11,1 В = 48,8 Вт·ч
Согласно правилам перевозки авиацией, мы можем взять 2 таких аккумулятора, чтобы уместиться в лимит 100 Вт·ч (ICAO). На практике, конечно, придётся побороться за это право (убедить сотрудников, что Ваши расчёты верны и требования организации IATA соблюдены).
Рассмотрим пример №2
Нужно перевезти батарею 12 Вольт ёмкостью 50 А·ч (например, для лодки или яхты). Возьмут ли её на борт самолёта?
- 1. Всё также умножаем по формуле напряжение на значение ёмкости.
- 2. 12 В * 50 А = 600 Вт·ч
Не возьмут. Это больше, чем даже по самому лояльному правилу IATA (их порог требований упрощён до 160 Вт·ч). При вылете из России батарею поместят в специальное помещение с сохранением на месяц, после чего отправят в утилизацию.
Напишите в комментарии, сталкивались ли вы с ситуацией в аэропорту, когда кого-то не пропускали с повербанком или запасным аккумулятором на борт самолёта? Или отправьте сообщение нам ВКонтакте @NeovoltRu.
Подпишитесь в группе на новости из мира гаджетов, узнайте об улучшении их автономности и прогрессе в научных исследованиях аккумуляторов. Подключайтесь к нам в Facebook и Twitter. Мы также ведём насыщенный блог в «Дзене» и на Medium — заходите посмотреть.
Хитрости измерения емкости аккумуляторов смартфонов и другой мобильной техники
Как может показаться на первый взгляд, с емкостью аккумуляторов мобильных устройств все предельно просто и понятно — грубо говоря, чем больше миллиампер-часов (мА·ч) в батарее, тем лучше, и тем дольше проработает девайс. Но подобный показатель, к которому привыкли все или почти все, не всегда отражает реальное положение дел, а значит, что сравнивать данные по емкости аккумуляторов у различных устройств не всегда корректно. Какие же секреты таят современные аккумуляторы, и какие дополнительные показатели могут пролить свет на их реальную емкость? Обо всем этом и пойдет речь в нашей статье, а также будут рассмотрены популярные методы измерения емкости аккумуляторов в домашних условиях.
Параметры аккумуляторов
Самую подробную информацию об аккумуляторе стоит искать на его корпусе или в специальных документах с детальным техническим описанием, именуемых «даташитами» (datasheet), а вот в обычных технических характеристиках устройства едва ли будут указаны все нюансы.
Тип аккумулятора — в современных устройствах обычно используется так называемые литий-полимерные аккумуляторы, которые являются слегка усовершенствованной версией литий-ионных аккумуляторов, а иногда на самом деле отличий никаких и нет, и это не более чем маркетинговая уловка. В бытовом понимании литий-полимерные батареи выделяются лишь тем, что имеют мягкий пластиковый мешочек вместо твердого корпуса.
Limited charge voltage — максимально возможное напряжение аккумулятора, повышение которого вызовет различные проблемы с батареей, вплоть до взрыва. Впрочем, бояться перезаряда не стоит, так как при зарядке должна сработать защита.
Nominal Voltage — среднее или рабочее напряжение аккумулятора, при котором он работает большую часть времени. Показатель стоит воспринимать как усредненное значение.
Typical Capacity — типичное, среднестатистическое значение емкости для используемого аккумулятора. Показатель указывается в мА·ч и/или Вт·ч.
Rated Capacity — минимальная емкость батареи, и тут нужно пояснить, что даже в рамках одной партии емкость аккумуляторов может немного отличаться, что вполне допустимо, а показатель Rated Capacity как раз и дает понять в каких пределах могут быть отклонения. Есть и случаи, когда фактическая емкость оказывается выше заявленной производителем.
В каких значениях измеряется емкость аккумулятора
Так сложилось, что почти все ориентируются на показатель в миллиампер-часах при указании емкости, что удобно как производителям, так и на самом деле и пользователям. Посудите сами, какая цифра выглядит более красивой, 5000 мА·ч или, к примеру, 19.25 Вт·ч? Очевидно, что второй показатель кажется маленьким и неудобным для того, чтобы прижиться у массового пользователя. Но давайте более подробно вникнет в суть терминов.
А·ч (ампер-час) — правильнее ампер-часы называть не единицей измерения емкости, а электрическим зарядом, показывающим, какой ток аккумулятор может выдать за один час. При этом важно знать номинальное напряжение аккумулятора, чтобы получить представление о его возможностях, так как 4000 мА·ч при 3.85 вольтах при переводе в Вт·ч, дадут меньшую емкость, чем 4000 мА·ч, скажем, с 7.4 вольта. Для мобильных устройств стандартным остается номинальное напряжение аккумулятора в 3.7, 3.8 или 3.85 В.
Вт·ч (Ватт-час) — является мерой энергии, показывающей то, сколько энергии будет получено или отдано в течение часа при приеме или отдаче энергии в 1 Вт. Считается, что ватт-часы наиболее точно отражают емкость аккумулятора.
И все-таки не на всех аккумуляторах обозначено значение в ватт-часах, либо оно по каким-то причинам дано неправильно. Но мы и сами можем рассчитать показатель, зная емкость в миллиампер-часах и номинальное напряжение. Достаточно перемножить известные числа, затем поделить их на 1000:
3700 мА·ч («емкость» в миллиампер-часах) x 3.85 В (номинальное напряжение) : 1000 = 14.245 Вт·ч
Бывают случаи, когда производители, вместо номинального напряжения, показатель в мА·ч умножают на максимальное напряжение, что дает более солидную, но неправильную цифру в Вт·ч. По каким причинам это делают непонятно — возможно это ошибка, а может попытка ввести пользователя в заблуждение.
Впрочем, с подсчетом в любом случае не все так просто — ниже приведен график разрядки аккумулятора, по которому видно, что напряжение постепенно падает, а поэтому при умножении на номинальное напряжение получается лишь приблизительная цифра, которая, тем менее, обычно оказывается довольно близка к реальной. Погрешность может составлять около 1 Вт·ч (часто меньше), и почти всегда именно в ватт-часах реальная емкость оказывается меньше заявленной, даже если получится полное соответствие в миллиампер-часах.
Как самостоятельно измерить емкость аккумулятора
Реальную емкость аккумуляторов можно измерить самостоятельно, и самым популярным методом является использование USB-тестера. Обычно такие устройства действительно могут отобразить приблизительную, сравнительно точную емкость, но вариаций тестеров столько, что каких-то однозначных выводов делать не стоит.
Проблема в том, что тестеры подсчитывают только ту емкость аккумулятора, которая используется устройством, тогда как даже после полной разрядки всегда остается некий запас, необходимый для предотвращения глубокого разряда, очень вредного для аккумуляторов. В зависимости от модели мобильного устройства такой запас может составлять несколько сотен мА·ч или около 0.4–1 Вт·ч. Еще одна особенность USB-тестеров заключается в том, что не все они подсчитывают емкость в Вт·ч, а если и делают это, то на достоверность показателей рассчитывать не стоит.
Кроме того, более точные результаты получаются при разрядке, а не при зарядке батареи. И, наконец, в тестерах подсчет в мА·ч обычно происходит при 5 В напряжения, тогда как многие современные смартфоны поддерживают быструю зарядку при более высоком напряжении, в результате чего тестер выдаст низкие показатели емкости. Здесь придется либо использовать при зарядке блок питания, выдающий напряжение не более 5 В, либо самостоятельно пересчитывать результаты с учетом фактического напряжения.
В связи с этим возникает вопрос, есть ли более достоверные методы измерения емкости? Да, есть, правда самое точное оборудование недоступно простым пользователям, так как оно используется на производстве, стоит немалых денег и может иметь огромные размеры. Но есть и бюджетные аналоги в виде электронных нагрузок, которые доступны каждому.
Рассмотрим подобное оборудование на примере EBC-A10, которое способно как заряжать даже глубоко разряженные аккумуляторы, так и разряжать их, что нам и нужно для получения достоверных данных.
Стоит отметить, что правильнее всего измерять емкость батареи, когда она извлечена из устройства или когда отсоединен шлейф, соединяющий ее с основной платой девайса.
Проще всего тестировать съемные батареи, для извлечения которых не нужно разбирать устройство. Вначале добиваемся полной разрядки девайса, так, чтобы он автоматически выключился. После подключаем аккумулятор к электронной нагрузке и дополнительно разряжаем его примерно 30–60 секунд током 0.2 C (20% от заявленной емкости аккумулятора), в результате чего получим напряжение, которое нам пригодится для того, чтобы узнать используемую мобильным устройством емкость батареи.
В аккумуляторах смартфонов напряжение при отключении устройства варьируется примерно от 3.2 до 3.5 вольта.
Затем полностью заряжаем аккумулятор через мобильный девайс и вновь ставим его на разрядку через электронную нагрузку, снова тем же током 0.2 C. В настройках программы EB Tester Software, которая нужна для проведения подсчетов и построения графиков, выставляем разрядку сначала до напряжения, полученного в предыдущем тесте, а затем до значения 2.8 вольта. Меньше уже ставить опасно для аккумулятора — он может перестать заряжаться даже через электронную нагрузку (а именно через нее потом придется заряжаться для получения более высокого напряжения), не говоря уже о смартфонах и планшетах, да и на общее значение емкости это почти никак не повлияет, так как после разрядки примерно до 3 вольт напряжение уменьшается очень быстро.
В итоге получаем емкость как в привычных для многих мА·ч, так и в более правильных Вт·ч, причем программное обеспечение ведет непрерывный подсчет с учетом снижающегося напряжения, и по итогу получаются более точные цифры, чем в том случае, если бы просто умножили номинальное напряжение на заявленные производителем миллиампер-часы.
Итоги
У производителей давно существуют различные маркетинговые хитрости, благодаря которым удается добиться красивых цифр в спецификации под названием «емкость аккумулятора», и лишь изредка в технических характеристиках устройств указывается емкость в Вт·ч, по которой было бы правильнее делать сравнения с другими моделями. Но даже это значение является приблизительным.
Впрочем, явным обманом это трудно назвать, ведь миллиампер-часы (мА·ч) обычному пользователю удобнее для восприятия, а сильно завышенная информация о емкости встречается обычно только в некоторых девайсах от не слишком известных производителей. Правда многое зависит и от вида устройства, и если смартфоны с завышенной в характеристиках емкостью батареи встречаются все реже, то у портативных аккумуляторов реальные показатели пока не всегда соответствует ожиданиям.
Не стоит забывать и том, что большая емкость батареи, насколько бы честной она не была, еще не гарантирует продолжительное время работы устройства, так как многое зависит от оптимизации операционной системы и софта, а также от максимальной яркости дисплея, дополнительных функций и от используемого железа, которое не всегда может быть энергоэффективным.