Литий-полимерные аккумуляторы (Lipo) обычно используются в дронах и для питания портативных самодельных проектов, которые должны работать в течение более длительных периодов времени. Эти аккумуляторы сегодня используются в дронах из-за их легкого веса и высокой мощности в небольшом корпусе.
В этой статье мы покажем, как рассчитать энергию, время работы и заряд для Lipo-аккумулятора. Но вы можете использовать этот метод расчета для любого типа батареи. Здесь мы рассчитаем теоретическую емкость, заряд, запасенную энергию и время работы Lipo-аккумулятора.
Наименьшая форма электрического устройства, способного генерировать электрическую энергию за счет химических процессов – это сухой элемент, состоящий из двух электродов, химической смеси и корпуса. Это тип батареи, который используется для питания небольших электронных устройств, таких как фонарики. В зависимости от химического состава номинальное напряжение элемента может составлять от 1 до 3 вольт. Некоторые примеры элементов питания AAA, AA, C и D (батарейки).
Хотя все батареи AAA, AA, C и D рассчитаны на напряжение 1,5 вольта, их рабочие характеристики сильно различаются. Напряжение и ток являются двумя наиболее важными факторами в каждой электрической цепи или устройстве. Напряжение можно сравнить с давлением воды, которое перемещает предметы по трубе, а ток можно сравнить с количеством воды, протекающей по трубе. Некоторым электрическим устройствам для работы требуется большой ток, но не большое напряжение. Это момент, когда размер батареи вступает в игру. Батарея размера D имеет более высокий выходной ток, чем батареи размера C, AA и AAA. Таким образом, несмотря на то, что батареи AA и AAA рассчитаны на 1,5 вольта, батарея AA будет обеспечивать больший ток, чем батарея AAA.
Прежде чем мы перейдем к тому, как рассчитать параметры аккумулятора, давайте рассмотрим некоторые определения, которые необходимы из-за использования неоднозначной терминологии в области электрических батарей. Батарея представляет собой электрохимическое устройство, состоящее из одного (одноэлементная батарея) или нескольких (многоэлементная батарея) гальванических элементов, установленных в едином корпусе и соединенных последовательно и параллельно для питания различных электрических устройств.
Емкость Crate – это безразмерная величина, определяемая как ток разряда, деленный на теоретическое потребление тока, при котором батарея обеспечивает свою номинальную емкость за один час. Для батареи с номинальной емкостью Cbat = 8 А•ч, разрядом 2C и током Ibat = 16 A обеспечит питание в течение 0,5 часа. За один час разряд той же батареи на 1С обеспечит указанную емкость при токе 8 А. Несмотря на то, что Cbat выражается в ампер-часах, а Ibat – в амперах, Crate – безразмерная величина. Также стоит отметить, что если батарея разряжена в большем ящике, она будет предлагать меньше энергии.
Часто полная емкость батареи не может быть использована без повреждения батареи. Допустимая глубина разряда (DOD) батареи, как указано в ее спецификациях, регулирует процент энергии, которую можно извлечь из батареи. Свинцово-кислотные аккумуляторы используются для запуска автомобильных двигателей и не рассчитаны на глубокий разряд. Некоторые аккумуляторы могут быть разряжены только до 30 % емкости, что означает, что только 30 % их емкости можно использовать для питания нагрузки.
Зависимость между током, потребляемым от батареи, ее емкостью и Crate показана в следующей формуле: Ibat = Crate * Cbat
Здесь Ibat – это ток, потребляемый от батареи в амперах, а Cbat – номинальная емкость аккумулятора в ампер-часах, которая обычно указывается на аккумуляторе.
Параметр Crate батареи рассчитывается путем деления разрядного тока на теоретическое потребление тока, при котором батарея обеспечивает свою номинальную емкость за один час. Для батареи с 2200 мАч и 30С: Ibat= 2200 * 30 = 66A
Crate и время работы t обратно пропорциональны:
t = 1 / Crate, или
Crate = 1 / t
t = 1 / 30 = 0.333 в минуту
tbat = 0.333 * 60 = 2 минуты
Следует отметить, что это теоретическое время работы. Фактическое время работы будет примерно на 30% меньше расчетного. Также стоит отметить, что допустимая глубина разряда аккумулятора (DOD) ограничивает время его работы.
Следующая формула используется для расчета номинальной энергии в ватт-часах, содержащейся в батарее:
Ebat= Vbat* Cbat
Ebat = 11,4 В * 2200 мАч = 25,08 Вт•ч
Здесь Ebat – ватт-часы номинальной энергии, запасенной в аккумуляторе, Vbat — номинальное напряжение батареи в вольтах, Cbat – номинальная емкость аккумулятора в Ач.
Для определения энергии в джоулях (ватт-секундах) используется следующая формула:
Ebat.дж = 3600 * Ebat,Втч
Ebat.дж = 3600 * 342 = 90.288 КДж
Мы знаем, что один ампер, протекающий по проводу в течение одной секунды, потребляет 1 кулон заряда. Следовательно, заряд в аккумуляторе определяется из Q = I • t.
Qbat= 3600 * Ibat
Qbat= 3600 * 66 = 237.6 kC
Здесь Qbat – это заряд батареи, измеряемый в кулонах (Кл), а Ibat – ток, потребляемый от батареи, в амперах.
Итак, для Lipo-аккумуляторов 12 В, 2200 мАч и 30C будем иметь:
Номинальная энергия, хранящаяся в батарее (Ebat) = 25,08 Вт•ч или 90,288 кДж
Время работы (tbat) = 2 мин
Заряд в батарее (Qbat) = 237,6 кКл
© digitrode.ru