Как рассчитать необходимую емкость аккумулятора?

• Энергетическая – количество электричества, которое должен отдать полностью заряженный аккумулятор при разряде до наименьшего допустимого напряжения. Выражается в ватт-часах (Вт∙ч).
• Емкость по току — это общее количество заряда, которое аккумулятор может отдать при определенных условиях. Измеряется в ампер-часах (А·ч).
• Остаточная – количество электричества, оставшееся в батарее после использования.
• Резервная – способность обеспечивать питание при ослабленной зарядке или частичном разряде.
• Зарядная – максимальное количество электричества, которое АКБ способна принять за один цикл зарядки.

Все эти параметры тесно связаны между собой.

Расчет времени работы аккумулятора можно произвести самостоятельно, пользуясь формулами или онлайн-калькуляторами, размещенными на сайтах дистрибьюторов и производителей. При покупке аккумуляторных батарей для сложной дорогой техники необходимо выбирать емкость, рекомендованную изготовителем, либо проконсультироваться со специалистом.

Данные для расчета

Чтобы правильно рассчитать аккумулятор, необходимо применять корректные формулы и использовать проверенные данные. Для вычислений потребуется следующая информация:

1. Параметры нагрузки (количество потребляемой энергии, мощность и режимы работы каждого из них).
2. Требуемое время автономной работы (сколько часов или суток оборудование должно работать от батареи без подзаряда).
3. Напряжение системы (12, 24 или 48 В). Необходимо вести расчет АКБ под рабочее напряжение, чтобы определить, сколько времени устройство фактически сможет работать автономно.
4. Дополнительные коэффициенты:

• КПД инвертора или ИБП учитывается при расчете емкости аккумулятора для источника бесперебойного питания. Мощность нагрузки делится на коэффициент эффективности.
• Допустимая глубина разряда для конкретного типа элемента. Чем меньше средняя глубина разряда в стандартном цикле, тем больше циклов выдержит батарея до потери емкости до определенного уровня, как правило, 80% от номинала.
• Температурный запас, старение и желаемый запас по емкости.

При выборе АКБ по емкости следует учитывать и ряд дополнительных параметров: токи заряда и разряда, температурный диапазон, срок службы и количество циклов, габариты и масса.

Формула расчета

Универсальная формула для определения требуемой емкости аккумулятора.

Q = (P × t) / (V × k), где:

• Q – емкость аккумулятора в А·ч;
• P – мощность нагрузки в Вт;
• t – время работы в часах;
• V – напряжение аккумулятора в В;
• k – коэффициент использования (применения), учитывает потери в системе, возможность неполного заряда и глубокий разряд. Обычно составляет 0,7–0,9.

К полученной величине следует добавлять запас: минимум 20% (стандартный), 30-40% при эксплуатации в условиях низких температур, больший резерв для оборудования с высоким пусковым током.

Нужно также принять во внимание, что номинальная емкость конкретного элемента может отличаться от реальной с погрешностью ± 10%.

Практические примеры

Зная, как рассчитать емкость аккумулятора, можно определить параметры АКБ под конкретную задачу. Для этого нужно подставлять в формулу параметры оборудования и требуемое время работы. Рассмотрим методику на примерах.

1. ИБП с потребляемой мощностью 800 Вт должен обеспечить 3 часа автономной работы серверной без подзарядки. Алгоритм расчета на примере:

• Мощность нагрузки 800 Вт умножаем на желаемое время работы 3 часа, получаем 2400.
• Напряжение аккумулятора 12 В умножаем на коэффициент применения 0,8, получаем 9,6.
• 2400 делим на 9,6, получаем 250 А·ч – это минимальная емкость АКБ для данной задачи.

С учетом стандартного запаса 20% требуется параметр 300 А·ч. Если оборудование эксплуатируется в условиях низких температур, рекомендуется повысить процент запаса.

2. Холодильнику мощностью 125 Вт для работы в течение тех же трех часов при коэффициенте 0,8 потребуется, следуя формуле, АКБ минимальной емкости примерно 40 А·ч. С учетом того, что холодильник имеет в своем составе электродвигатель, прибавляем 50% запаса на пусковой ток и получаем итоговый результат 60 А·ч.
3. Емкость аккумуляторов для автономного питания нескольких потребителей рассчитывается исходя из общей потребляемой энергии. Суммарное энергопотребление всех устройств не должно превышать допустимые пределы блока питания.

Рассмотрим это на примере системы видеонаблюдения (роутер, камера, освещение).

В зависимости от моделей и характеристик элементов системы и условий эксплуатации источник питания может быть общим для всех элементов или для каждого в отдельности.

В первом случае определяется общая мощность нагрузки устройств. Например: роутер 10 Вт, камера 8 Вт, подсветка 50 Вт. Номинальная мощность потребителей суммируется, получаем 68 Вт. Далее по формуле получаем общую емкость – для автономной работы в течение трех часов с учетом запаса потребуется АКБ около 30 А·ч.

Следует учитывать ряд нюансов. Если камер несколько, суммируется мощность каждой из них. Если используется освещение с высоким энергопотреблением (1–2 киловатт·час), для него потребуются дополнительные или отдельные аккумуляторы. В современных моделях роутеров используются импульсные блоки питания, для таких устройств необходимо использовать коэффициент мощности нагрузки 0,6.

Для некоторых моделей камер, например, PTZ, требуется отдельное электропитание, так как они потребляют много энергии.

Выбор аккумулятора КОНТАКТ

Надежным решением для обеспечения непрерывной работы оборудования будет выбор промышленных аккумуляторных батарей КОНТАКТ с технологией AGM. Эти элементы специально разработаны для систем охранно-пожарной сигнализации, источников бесперебойного питания, видеонаблюдения, СКУД, весового, кассового и другого оборудования.

Аккумуляторы КОНТАКТ выпускаются в широком диапазоне емкости от 1,2 до 120 А·ч, что позволяет подобрать модель под Вашу задачу. При выборе следует учитывать ряд факторов:

1. Интерпретация результатов вычислений. Рассчитанную емкость желательно сопоставлять с типовыми номиналами, то есть сравнить полученный результат с общепринятыми значениями, которые используются для данного типа аккумуляторов. Например, 12 А·ч для ККМ. Для обеспечения стабильной работы следует выбирать модель с ближайшей большей емкостью. Так, если расчетная емкость АКБ, согласно формуле, составила 22 А·ч, а в каталоге имеются модели со значением 17 и 26, нужно выбрать 26 А·ч.
2. Тип аккумулятора. У разных типов (свинцово-кислотный, AGM, GEL, LiFePO₄) есть различия по допустимой глубине разряда и цикличности. АКБ по технологии AGM отличаются низкой скоростью саморазряда – не более 3% в месяц при температуре 25оС.
3. Количество аккумуляторов и способ их соединения зависит от конкретных требований и условий эксплуатации.

• Один аккумулятор с большой емкостью предпочтителен, когда требуется длительная автономная работа. К недостаткам относят большее время на заряд. Однако для АКБ по технологии AGM это не актуально, поскольку они рассчитаны на работу в режиме непрерывного подзаряда, хотя возможна эксплуатация и в циклическом режиме. Вариант удобен для отдаленных и труднодоступных объектов, а также при вероятном подключении дополнительного оборудования.
• Преимущества параллельного подключения нескольких батарей – пропорциональное увеличение общей емкости блока питания при сохранении постоянного напряжения, а также возможность резервирования – при выходе из строя одного элемента другие продолжают функционировать, хотя и с меньшей общей емкостью. Недостаток – необходимость соответствия параметров батарей. Такая система часто применяется для ИБП с целью обеспечения резервного питания критически важного оборудования в случае отключения электроэнергии.
• Последовательное подключение нескольких АКБ позволяет увеличить общее напряжение. Это целесообразно в том случае, когда напряжения одного аккумулятора недостаточно для питания оборудования. Недостатки: общая емкость блока питания остается такой же, как у одного аккумулятора, что требует использования АКБ повышенной емкости. Кроме того, при последовательном подключении элементы выходят из строя неравномерно, поэтому их чаще приходится заменять. Применяется с ИБП, телекоммуникационным оборудованием, электромобилями, солнечными электростанциями и т. д.

Мы предлагаем помощь в выборе АКБ КОНТАКТ, подходящей для Вашей задачи модели. При оптовом заказе наши специалисты подберут аккумуляторы оптимальной емкости.

Частые ошибки при расчете емкости

Неверные вычисления могут стать причиной некорректной работы АКБ.

Чрезмерный запас приведет к переплате за батарею, так как ее стоимость напрямую зависит от емкости. Кроме того, более крупный элемент занимает больше места в конструкции, и при покупке надо проверить, подойдет ли он по габаритам.

Более серьезную проблему может вызвать недостаточная емкость аккумулятора. В этом случае он быстро разрядится и не обеспечит нужное время работы оборудования. В ряде случаев, например, в системах жизнеобеспечения, это может привести к негативным последствиям.

Наиболее распространенные ошибки при расчете емкости аккумулятора:

• Не добавляется запас по емкости.
• Не учитывается КПД инвертора/ИБП и внутренние потери.
• Неверно оценивается потребляемая мощность – номинальное потребление всегда должно быть больше реального.
• Игнорируются глубина разряда и требования к ресурсу (разряд до 100% при каждом цикле).
• Одновременно используются старые и новые батареи.
• Не учитываются реальные условия эксплуатации (температура, вибрации и другие).
• Не берется в расчет максимальный разрядный ток и тип нагрузки.

Часто задаваемые вопросы

Почему реальная емкость бывает меньше заявленной?

Причиной могут быть факторы производства конкретного элемента, старение аккумулятора, глубокие разряды, высокие температуры эксплуатации.

Влияет ли емкость АКБ на срок его службы?

Аккумуляторы с большей емкостью часто более долговечны, так как они способны выдержать больше циклов заряда/разряда. Однако они так же, как и менее емкие АКБ, подвержены износу и воздействию внешних факторов.

Есть ли смысл устанавливать АКБ с емкостью больше расчетной?

Это рекомендуется сделать в том случае, если планируется подключение дополнительных потребителей.

Что такое «резервная емкость АКБ»?

Это показатель того, за какое время емкость батареи снизится до критического параметра в отсутствие основного источника энергии, то есть без подзарядки. Чем эта величина выше, тем лучше.

Заключение

Правильный расчет емкости аккумулятора обеспечит нужное время автономной работы оборудования. Рассчитать АКБ можно самостоятельно. Для этого нужно собрать данные нагрузки и другие необходимые параметры, применить формулы и произвести вычисления с учетом КПД, DoD (глубина разряда) и запаса. После этого выбрать ближайший типоразмер модели.

Чтобы получить максимально точный и гарантированно правильный расчет аккумулятора, рекомендуется обратиться за помощью к экспертам.

Составьте список Вашего оборудования или пришлите фотографии шильдиков (либо иной маркировки) по указанным контактам. Мы готовы подобрать нужные элементы, рассчитать количество и параметры блоков питания для Вашего проекта под ключ.