Что значит эффективная емкость
Немного о реальной емкости Power Bank
Наверное, многие пользователи внешний батарей сталкивались в вопросом – Отчего заявленная мощность устройств в реальности существенно отличается? Для лучшего понимания ситуации давайте рассмотрим все на конкретных примерах.
У Power Bank емкостью в 20.000mAh на деле этих сил нет, поскольку данная величина всего лишь данные замеров, проведенных в идеальных лабораторных условиях. Поэтому и появляется разница между заявленной и настоящей мощностью Power Bank. Также, следует учитывать и тот факт, что мощность внешнего аккумулятора – это мощность при напряжении 3,7V. Но мы же отлично знаем, что почти все смартфоны и планшеты заряжаются при 5V. Соответственно, чтобы просчитать ёмкость на выходе нужно конвертировать 3,7V в 5V и учесть коэффициент полезного действия аккумуляторов изготовителя устройства.
Просчитать все можно по общей формуле:
Реальная ёмкость = Указанная ёмкость. Например, если на Mi Power Bank имеет емкость 10000mAh, мы получаем. Реальная ёмкость = 10000 * 0.85 = 8500mAh. Это и будет приблизительная емкость батареи. Также можно рассчитать и на сколько раз хватит сил внешнего аккумулятора чтобы подзарядить смартфон или планшет. Например, возьмем iPhone 4S: 8500mAh / 1500mAh (ёмкость батареи iPhone) = 5,6 раз.
Но и это еще не все, не стоит забывать о КПД, который будет не составлять 100%, около 80%, 20% будет уходить при передаче или преобразовываться в тепло. Поэтому емкость внешнего аккумулятора в 10000 мАч в реальности (с учетом всех факторов) будет составлять около 6600 мАч.
Немного о портативных аккумуляторах
Немного предыстории
Я как любитель гаджетов и современных технологий обладаю смартфоном и прочим добром. И на определенном пути столкнулся с одной, на мой взгляд, серьезной проблемой передовых устройств — они обладают относительно небольшим временем автономной работы от аккумулятора. Да, спорить не буду, есть «монстры» телефоностроения, обладающие аккумуляторами по 4000 мАч и более. Но, зачастую, такие устройства крайне редки и обладают другими минусами. В любом случае, даже если ваш гаджет способен продержаться до вечера (а мой Nexus 5 c 2300 мАч не из этого списка), рано или поздно встает вопрос о покупке портативного аккумулятора.
Коротко об этом самом девайсе
Арифметика расчета ёмкости
Максимально возможный полезный заряд аккумулятора называется зарядной ёмкостью, или просто ёмкостью. Ёмкость аккумулятора — это заряд, отдаваемый полностью заряженным аккумулятором при разряде до наименьшего допустимого напряжения. В системе СИ ёмкость аккумуляторов измеряют в кулонах, на практике часто используется внесистемная единица — ампер-час. 1 А⋅ч = 3600 Кл. Ёмкость аккумулятора указывается производителем. Не путать с электрической ёмкостью конденсатора.
В настоящее время всё чаще на аккумуляторах указывается энергетическая ёмкость — энергия, отдаваемая полностью заряженным аккумулятором при разряде до наименьшего допустимого напряжения. В системе СИ она измеряется в джоулях, на практике используется внесистемная единица — ватт-час. 1 Вт⋅ч = 3600 Дж.
На упаковке имеем гордую надпись: «13000 мАч». Это наша зарядная ёмкость.
Внимательно посмотрев на наклеечку с обратной стороны видим следующее.
Напряжение: 3.7 В.
Зарядная ёмкость: 13000 мАч.
Энергетическая ёмкость: 48.1 Вт⋅ч.
Оказывается, многие производители указывают запасаемый заряд в мАч (mAh), но также важно напряжение работы данного устройства. В самой полной мере «ёмкость» характеризует запасаемая энергия.
Часто люди путают понятия запасаемый заряд и запасаемая энергия называя это «ёмкостью». Если не нужна большАя точность, то можно считать, что запасаемая энергия (в Вт·ч) приблизительно равна произведению запасаемого заряда (в А·ч) на среднее напряжение (в Вольтах).
Теперь, разобравшись в понятиях, перейдем к нашему примеру: 48.1 Вт⋅ч аккумулятора это и есть 13 Ач (13000 мАч) умноженные на 3.7 В. Пока всё сходится. Но, наше устройство заряжается от выхода в 5 В. Поэтому заряд, который способно выдать наше устройство находится как частное от запасаемой энергии и выходного напряжения.
48.1 Вт⋅ч / 5 В = 9.62 Ач (9620 мАч).
Анализируем
Теперь можно легко посчитать «сколько раз я могу зарядить своё устройство». Так, тот же Nexus 5 можно зарядить:
9620 мАч/ 2300 мАч = 4.18
Или, иначе говоря, немногим более 4 раз. Что против 5,5
Делаем выводы
Рассчитанный запасаемый заряд 9620 мАч оказался на 26% меньше, чем 13000 мАч, которые мы видим на коробке. И на 26% меньше чем ожидает неискушенный расчетами пользователь. Хотя, фактически производитель нас совершенно не обманывал. Просто такой маркетинговый ход.
Хитрости измерения емкости аккумуляторов смартфонов и другой мобильной техники
Содержание
Содержание
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.
В чем разница между номинальной и реальной емкостью аккумулятора?
Емкость аккумулятора бывает номинальной и реальной. Согласно ГОСТ Р МЭК 60086-4-2009 номинальная емкость — это значение емкости элемента или батареи, определенное в установленных условиях и декларированное изготовителем. Проще говоря, то значение емкости аккумулятора, что указано в характеристиках устройства или на упаковке новой батареи, и есть номинальная емкость. Этот параметр обозначает количество энергии, которое аккумулятор теоретически отдаст, разряжаясь от 100 до 0 процентов.
Емкость обозначается буквой С и измеряется в ампер-часах (Ач) или миллиампер-часах (мАч). Однако, если Вы покупаете аккумулятор емкостью 4000 мАч, будьте готовы к тому, что реальная емкость АКБ отличается от номинальной, так как зависит от множества факторов.
Реальная емкость батареи — то количество энергии, которое действительно доступно потребителю на момент покупки нового аккумулятора. Реальная емкость АКБ обычно колеблется в пределах 80 — 110% от номинальной. Такой разброс напрямую зависит от трёх факторов:
Обратите внимание! В этой статье мы не рассматриваем случаи мошенничества, когда покупатель сталкивается с реальными подделками и вместо батареи на 4000 мАч получает непонятное устройство емкостью 400 мАч.
Достигается ли номинальная емкость в процессе использования АКБ?
Емкость любого аккумулятора — это непостоянная величина, которая изменяется в зависимости от условий эксплуатации и независящих от пользователя причин. Cо временем емкость любой аккумуляторной батареи уменьшается.
Номинальная, указанная честными производителями, емкость АКБ достигается в течение первых циклов заряда-разряда, когда разрабатывается активная масса пластин аккумулятора. Достигнутое значение емкости держится несколько десятков зарядных циклов, а затем аккумулятор начинает деградировать, так как уменьшается количество активного материала пластин и все части аккумуляторной батареи изнашиваются. В среднем, аккумуляторы современных смартфонов рассчитаны на 500-800 зарядных циклов, то есть, при правильной работе с устройством, продержатся года два, а затем потребуют замены.
В интернет-магазине Partner представлен большой выбор аналоговых аккумуляторов для телефонов. В карточке товара указана номинальная емкость АКБ, которая достигается после 3-5 зарядных циклов. Аккумуляторы Partner рассчитаны на 500 циклов заряда-разряда, как минимум, и продаются с полугодовой гарантией.
Что такое ёмкость автомобильного аккумулятора и какое значение выбирать?
Автомобильный аккумулятор имеет ряд параметров, по которым его можно выбрать для того или иного транспортного средства. И это не только габариты, масса, расположение выводов. Это ещё и электрические характеристики, по которым можно судить о назначении аккумуляторной батареи. Сегодня в магазинах можно встретить аккумуляторы для мотоциклов, легковых автомобилей, грузовиков и спецтехники. Все они различны по своим показателям. Даже для различных классов легковых автомобилей аккумуляторы отличаются по своим электрическим параметрам. Если выбрать неподходящую АКБ, то могут возникнуть проблемы при последующей эксплуатации. Одна из ключевых характеристик аккумуляторной батареи – ёмкость. О ней мы сегодня и поговорим.
Основные характеристики аккумулятора
К основным характеристикам автомобильного аккумулятора относятся следующие:
Ёмкость автомобильной аккумуляторной батареи
Как уже было сказано, ёмкость АКБ измеряется в ампер-часах. Это значение обычно содержит наклейка автомобильного аккумулятора вместе с величиной пускового тока. Пример можно видеть ниже.
Обозначение ёмкости аккумуляторной батареи
Например, значение 72 А-ч показывает, что этот автомобильный аккумулятор сможет на протяжении 20 часов выдавать ток 3,6 ампер. При этом по окончании цикла напряжение на выводах должно составлять не менее 10,8 вольт. Но следует помнить, что этот же аккумулятор не сможет ток 72 ампер в течение 1 часа. При увеличении тока время разряда уменьшается, и это уменьшение выражается степенной зависимостью.
Одним из первых формулу этой зависимости вывел Пейкерт, немецкий учёный. Он вывел следующую формулу:
Cp — ёмкость аккумулятора,
k — коэффициент Пейкерта,
Коэффициент Пейкерта, используемый в формуле является постоянной величиной для определённого вида аккумуляторов. Для автомобильных свинцово-кислотных АКБ число Пейкерта лежит в пределах 1,15─1,35. Эта константа определяется по величине номинальной ёмкости АКБ.
В результате была выведена формула для расчёта реальной ёмкости АКБ при произвольном значении разрядного тока:
En — номинальная ёмкость АКБ,
Е – реальная ёмкость аккумулятора,
In номинальное значение разрядного тока, при котором установлена номинальная ёмкость. Ток в цикле 10 или 20 часов. Как правило, это 9 процентов от En.
Номинальная ёмкость аккумулятора определяется рядом технологических и конструктивных характеристик. Очень сильное влияние оказывают и условия эксплуатации автомобильной аккумуляторной батареи. Среди первоочередных характеристик, влияющих на этот параметр, можно назвать состав электролита, количество активной массы, геометрию и толщину свинцовых пластин. Основными технологическими характеристиками, определяющими величину ёмкости, являются состав и пористость активной массы. Кроме того, на разрядную ёмкость, как уже говорилось выше, влияют величина тока разряда и температура электролита.
Эффективность работы автомобильного аккумулятора можно оценить по следующей формуле:
Ep – ёмкость АКБ, рассчитанная при разряде, А-ч,
Eo – значение, рассчитанное на основе его электрохимических параметров, А-ч.
Как следует из закона Фарадея, чтобы получить ёмкости 1 А-ч, в теории требуется 3,865 грамма Pb, 4,462 грамма PbO2 и 3,659 грамм H2SO4. В сумме получается около 11,986 грамм на 1 А-ч. Но в реальности таких значений добиться невозможно. Полного расходования активных веществ в протекающей химической реакции добиться невозможно. Для реакции с электролитом доступна лишь половина активной массы пластин. Другая половина просто обеспечивает объёмный каркас пластин и механическую прочность электродов.
Как проверить ёмкость АКБ
Некоторые любознательные владельцы автомобилей интересуются, а как измерить ёмкость автомобильного аккумулятора своими руками. Кто-то хочет сделать это из любопытства, другие хотят проверить соответствие реального значения ёмкости тому, что написано на этикетке. Как же это сделать?
Все довольно просто. Все данные для этого уже были приведены выше. Например, можно проверить ёмкость автомобильной АКБ при проведении контрольно-тренировочного цикла. Для этого собирается следующая схема.
Схема устройства для проведения контрольно-тренировочного цикла аккумулятора
Здесь U – напряжение батареи,
Ток разряда выбирается в зависимости от ёмкости автомобильной батареи и цикла разряда (10 или 20 часов). На практике для разряда обычно используют автомобильную лампочку подходящей мощности. Мультиметром можно измерить точную величину проходящего в цепи тока и засекаете время до падения напряжения до 10,8 вольт. Полученное время, умноженное на ток, и будет реальной ёмкостью автомобильной батареи.
Как выбрать правильную ёмкость аккумулятора для своего автомобиля?
Обычно этот параметр аккумулятора подбирают по объёму двигателя. Ниже приводится таблица зависимости от объёма двигателя транспортного средства.
Как видите, для легковых автомобилей самыми ходовыми являются автомобильные батареи ёмкостью 50─65 А-ч. Для внедорожников обычно устанавливают батареи ёмкостью 70─90 А-ч. Здесь стоит отметить ряд моментов, когда следует брать АКБ с ёмкостью немного больше:
Но, помните, что слишком высокое значение также «не есть хорошо». Этому есть две причины:
Рекомендуем также прочитать статью про виды аккумуляторов для автомобилей.
Вернуться к содержанию