(495) 766-86-01603-971-803
Мы работаем по выходным - тел. 8-926-197-21-13
 

Как определить мощность батареи отопления


Подробный расчет мощности радиаторов отопления

Проблема отопления в наших широтах стоит значительно острее, чем в Европе с ее мягким климатом и теплыми зимами. В России значительная часть территории находится под властью зимы до 9 месяцев в году. Поэтому очень важно уделить достаточное внимание выбору систем отопления и расчету мощности радиаторов отопления.

В отличии от теплых полов, где учитывается только площадь, расчет мощности радиаторов отопления производится по иной схеме. В этом случае следует учитывать также высоту потолков, то есть общий объем помещения, в котором планируется установка или замена системы отопления. Бояться не стоит. В конечном итоге весь расчет строится на элементарных формулах, совладать с которыми не составит труда. Радиаторы будут обогревать помещение благодаря конвекции, то есть циркуляции воздуха в комнате. Нагретый воздух поднимается вверх и вытесняет холодный. В этой статье Вы получите самый простой расчет мощности радиаторов отопления

Пример расчета мощности батарей отопления

Возьмем помещение площадью 15 квадратных метров и с потолками высотой 3 метра.Объем воздуха, который предстоит нагреть в отопительной системе составит:

 V=15x3=45 метров кубических

Далее считаем мощность, которая потребуется для обогрева помещения заданного объема. В нашем случае — 45 кубических метров. Для этого необходимо умножить объем помещения на мощность, необходимую для обогрева одного кубического метра воздуха в заданном регионе. Для Азии, Кавказа это 45 вт, для средней полосы 50 вт, для севера около 60 вт. В качестве примера возьмем мощность 45 вт и тогда получим:

45×45=2025 вт — мощность, необходимая для обогрева помещения с кубатурой 45 метров

Выбор радиатора исходя из расчета

Стальные радиаторы

Оставим за скобками сравнение радиаторов отопления и отметим только нюансы, о которых необходимо иметь представление при выборе радиатора для вашей системы отопления.

В случае расчета мощности стальных радиаторов отопления все просто. Есть необходимая мощность для уже известного помещения — 2025 вт. Смотрим по таблице и ищем стальные батареи, выдающие необходимое число Вт. Такие таблицы несложно найти на сайтах производителей и продавцов подобных товаров. Обратите внимание на температурные режимы, при которых будет эксплуатироваться система отопления. Оптимально использовать батарею в режиме 70/50 С.

В таблице указывается тип радиатора. Возьмем тип 22, как один из самых популярных и вполне достойных по своим потребительским качествам. Отлично подходит радиатор размером 600×1400. Мощность радиатора отопления составит 2015 Вт. Лучше брать немного с запасом.

Алюминиевые и биметаллические радиаторы

Алюминиевые и биметаллические радиаторы зачастую продаются секциями. Мощность в таблицах и каталогах указывается для одной секции. Необходимо разделить мощность, необходимую для обогрева заданного помещения на мощность одной секции такого радиатора, например:

2025/150 = 14 (округлили до целых)

Получили необходимое число секций для помещения объемом 45 кубических метров.

Не переборщите!

14-15 секций для одного радиатора — это максимум. Ставить радиаторы по 20 и больше секций неэффективно. В таком случае следует разбивать число секций напополам и устанавливать 2 радиатора по 10 секций. Например, 1 радиатор поставить возле окна, а другой возле входа в комнату или на противоположной стене.

Со стальными радиаторами так же. Если комната достаточно велика и радиатор выходит слишком большой — лучше поставьте два поменьше, но той же суммарной мощности.

Если в комнате того же объема 2 окна или более, то хорошим решением будет установка радиатора под каждым из окон. В случае с секционными радиаторами все довольно просто.

14/2=7 секций под каждым окном для комнаты того же объема

Радиаторы обычно продаются по 10 секций,  лучше взять четное число, например 8. Запас в 1 секцию лишним не будет в случае серьезных морозов. Мощность от этого особенно не изменится, однако инерция нагрева радиаторов уменьшится. Это может быть полезно, если в комнату часто проникает холодный воздух. Например, если это офисное помещение, в которое часто заходят клиенты. В таких случаях радиаторы будут нагревать воздух немного быстрее.

Что делать после расчета?

После расчета мощности радиаторов отопления всех комнат, необходимо будет выбрать трубопровод по диаметру, краны. Количество радиаторов, длину труб, количество кранов для радиаторов. Подсчитать объем всей системы и выбрать подходящий для нее котел.

Для человека дом часто ассоциируется с теплом и уютом. Чтобы дом был теплым, необходимо уделить должное внимание системе отопления. Современные производители используют новейшие технологии для производства элементов систем отопления. Однако, без грамотного планирования подобной системы, для определенных помещений эти технологии могут оказаться бесполезны.

В первую очередь необходимо понимать, для каких целей будет использоваться помещение. Какой температурный режим в нем желателен. В этом деле существует множество тонкостей, которые необходимо учитывать. Желательно сделать проект отопления с точным расчетом мощности радиаторов отопления и теплопотерь. Радиаторы отопления лучше устанавливать в той части комнаты, где холоднее всего. В вышеизложенном примере была рассмотрена установка батарей отопления возле окон. Это один из наиболее выгодных и эффективных вариантов размещения элементов отопительной системы.

Видео по расчету мощности батареи

Читайте так же:

Определение количества циклов батареи для ноутбуков Mac

MacBook Pro (13 дюймов, 2020 г., два порта Thunderbolt 3)
MacBook Pro (13 дюймов, 2020 г., четыре порта Thunderbolt 3)
MacBook Pro (16 дюймов, 2019 г.)
MacBook Pro (15 дюймов, 2019 г.)
MacBook Pro (13 дюймов, 2019 г., четыре порта Thunderbolt 3)
MacBook Pro (13 дюймов, 2019 г., два порта Thunderbolt 3)
MacBook Pro (15 дюймов, 2018 г.)
MacBook Pro (13 дюймов, 2018 г., четыре порта Thunderbolt 3)
MacBook Pro (15 дюймов, 2017 г.)
MacBook Pro (13 дюймов, 2017 г., четыре порта Thunderbolt 3)
MacBook Pro (13 дюймов, 2017 г., Два порта Thunderbolt 3)
MacBook Pro (15 дюймов, 2016 г.)
MacBook Pro (13 дюймов, 2016 г., четыре порта Thunderbolt 3)
MacBook Pro (13 дюймов, 2016 г., два порта Thunderbolt 3)
MacBook Pro (Retina , 13 дюймов, начало 2015 г.)
MacBook Pro (Retina, 13 дюймов, середина 2014 г.)
MacBook Pro (Retina, 13 дюймов, конец 2013 г.)
MacBook Pro (Retina, 13 дюймов, начало 2013 г.)
MacBook Pro (Retina, 13 дюймов, L 2012 г.)
MacBook Pro (13 дюймов, середина 2012 г.)
MacBook Pro (13 дюймов, конец 2011 г.)
MacBook Pro (13 дюймов, начало 2011 г.)
MacBook Pro (13 дюймов, середина 2010 г.)
MacBook Pro (13 дюймов, середина 2009 г.)
MacBook Pro (Retina, 15 дюймов, середина 2015 г.)
MacBook Pro (Retina, 15 дюймов, середина 2014 г.)
MacBook Pro (Retina, 15 дюймов, конец 2013 г.)
MacBook Pro (Retina, 15 дюймов, начало 2013 г.)
MacBook Pro (Retina, середина 2012 г.)
MacBook Pro (15 дюймов, середина 2012 г.)
MacBook Pro (15 дюймов, конец 2011 г.)
MacBook Pro (15 дюймов, начало 2011 г.)
MacBook Pro (15 дюймов, середина 2010 г.)
MacBook Pro (15 дюймов, 2.53 ГГц, середина 2009 г.)
MacBook Pro (15 дюймов, середина 2009 г.)
MacBook Pro (17 дюймов, конец 2011 г.)
MacBook Pro (17 дюймов, начало 2011 г.)
MacBook Pro (17 дюймов, середина 2010 г.)
MacBook Pro (17 дюймов, середина 2009 г.)
MacBook Pro (17 дюймов, начало 2009 г.)
1000 MacBook Air (Retina, 13 дюймов, 2020 г.)
MacBook Air (Retina, 13 дюймов, 2019 г.)
MacBook Air (Retina, 13 дюймов, 2018 г.)
MacBook Air (13 дюймов, 2017 г.)
MacBook Air ( 11 дюймов, начало 2015 г.)
MacBook Air (11 дюймов, начало 2014 г.)
MacBook Air (11 дюймов, середина 2013 г.)
MacBook Air (11 дюймов, середина 2012 г.)
MacBook Air (11 дюймов, середина 2011 г. )
MacBook Air (11 дюймов, конец 2010 г.)
MacBook Air (13 дюймов, начало 2015 г.)
MacBook Air (13 дюймов, начало 2014 г.)
MacBook Air (13 дюймов, середина 2013 г.)
MacBook Air (13 -дюймов, середина 2012 г.)
MacBook Air (13 дюймов, середина 2011 г.)
MacBook Air (13 дюймов, конец 2010 г.)
1000
.

Существуют ли обогреватели помещения с батарейным питанием или аварийные обогреватели?

Поделиться - это забота!

Нагреватель с питанием от батареи - мифическая система обогрева

Ежемесячно в Интернете выполняются тысячи поисковых запросов «обогреватели с питанием от батареи» и «обогреватели с питанием от батареи». Небольшие индивидуальные аккумуляторные обогреватели для курток, одеял, перчаток, обуви и обогреватели для автомобильных аккумуляторов мощностью 500 БТЕ 12 В действительно существуют. Большой портативный обогреватель с батарейным питанием не существует .

Хорошие новости: Есть некоторые варианты, о которых вы могли не знать. Например, вы можете купить безопасные домашние пропановые обогреватели.

Возможно, в будущем появится переносной обогреватель с батарейным питанием. Новые батареи, такие как 18650, 21700 и 26650, могут удерживать намного больше заряда, чем старые щелочные батареи. Мы будем обновлять этот пост по мере изменения технологий. Последнее обновление: январь 2020 г.

Безопасные обогреватели внутреннего пространства

Существует ряд безопасных домашних обогревателей пропана.Оба указанных ниже устройства соответствуют требованиям Калифорнии. Если у вас есть несколько баллонов с пропаном или внешний резервуар большего размера, вы можете обеспечить относительно безопасное аварийное резервное тепло.

Оба блока имеют функции безопасности, включая автоматическое отключение, если они опрокидываются или уровень кислорода становится слишком низким.

Сколько тепла мне нужно?

Вам нужно от 40 до 45 БТЕ на квадратный фут. Для дома площадью 1000 квадратных футов требуется 45 000, а для дома площадью 2000 квадратных футов - 90 000. И вам понадобится больше, если температура будет ниже нуля.Комната 10 × 10 составляет 100 квадратных футов, что требует от 4000 до 4500 БТЕ.

Обогреватель палатки с батарейным питанием

Лучшими вариантами обогревателя палатки для походов в холодную погоду являются пропановые обогреватели Mr Buddy. Эти пропановые обогреватели для палаток безопасны. В зависимости от размера палатки и количества тепла, которое вам нужно, безопасный пропановый обогреватель Mr. Heater F215100 Mh5B 3800-BTU является хорошим вариантом.

Для больших палаток, жилых автофургонов или неотапливаемых кемпингов опционально может быть установлен безопасный для помещений портативный пропановый обогреватель Mr Heater F274830 Mh28BRV (4000, 9000 и 18000 БТЕ).Помните, что палатке 10 × 10 требуется от 4000 до 4500 БТЕ в час. Вам понадобится один или несколько баллонов с пропаном, в зависимости от продолжительности поездки.

Пропановое подключение к Mr Heater Пропановый обогреватель для помещений Big Buddy

Другие варианты аварийного отопления помещений

Рассмотрите возможность установки дровяной печи с соответствующей вентиляцией. Не забудьте добавить теплоизоляцию и другие улучшения защиты от атмосферных воздействий, которые уменьшат потери тепла. Связанные посты включают: 25 дешевых способов сохранить тепло в доме зимой и лучшие способы сохранить тепло в доме - Советы по новому строительству и ремонту, и если у вас есть время и навыки, ракетная печь - еще один вариант, требующий строительства.

Если у вас есть природный газ от местного коммунального предприятия в качестве опции, вы можете рассмотреть такой блок, как обогреватель Mr. Heater 30 000 BTU Natural Gas Blue Flame без вентиляции, но для этого требуется установка подачи природного газа. Помните, что во время сильных штормов и ураганов природный газ может быть недоступен.

Дополнительную информацию об общем отоплении дома см. В разделе «Типы систем отопления».

А как насчет рисков?

Использование пропанового обогревателя, даже безопасного, все же сопряжено с риском. Рисками являются пожар, двуокись углерода и окись углерода.У более безопасных устройств есть риск, о котором вы могли не знать, - водяной пар. Правильно горящий пропановый обогреватель выделяет в основном воду и углекислый газ. Дополнительный водяной пар может стать проблемой, если обогреватель работает много часов или дней.

Пожар

Высокоэффективные внутренние пропановые блоки имеют экраны, но все же существует риск возгорания, как у подключаемого электрического нагревателя. Никогда не размещайте легковоспламеняющиеся предметы рядом с источником тепла, особенно пропановым обогревателем, если на вашем устройстве не указано иное.Некоторые портативные пропановые обогреватели допускают попадание легковоспламеняющихся материалов на заднюю часть устройства, например, Mr Heater Big Buddy, показанный ниже.

Вам понадобится огнетушитель в вашем доме или квартире и один в вашем подсобном помещении, если у вас большой дом. Даже если вы не приобретете пропановый обогреватель или дровяную печь, вам понадобится огнетушитель.

Двуокись углерода (CO2)

Пропановые обогреватели для помещений Mr Heater имеют кислородные датчики, поэтому они автоматически отключаются, если обнаруживают слишком мало кислорода.Если ваш дом очень тесный и обогреватель работает в течение длительного времени, вам может потребоваться взломать окно, чтобы позволить углекислому газу и монооксиду углерода выйти и проникнуть внутрь кислорода. В целях безопасности вы должны поддерживать более высокий уровень кислорода. Это особенно верно для небольших участков размером менее 20 x 20 футов. Узнайте больше о выхлопе пропанового обогревателя в помещении.

Вода

Использование безопасного пропанового обогревателя в помещении может привести к образованию большого количества водяного пара. Если вы используете пропановый обогреватель зимой, у вас могут возникнуть проблемы с влажностью на окнах (конденсация).Это может привести к образованию льда и появлению скользких полов, если они намного холоднее воздуха.

Если вы все же решите приобрести комнатный пропановый обогреватель, на всякий случай подумайте о детекторе окиси углерода. Если вы хотите быть особенно осторожными, вы можете вместо этого приобрести комбинированный детектор угарного газа и дыма.

Вопросы и ответы по батареям и обогревателям

Как работает автомобильный обогреватель на 12 вольт?

На самом деле это не обогреватель. Это вентилятор, который обдувает змеевик воздухом с горячей охлаждающей жидкостью от работающего дизельного или газового двигателя.Воздух проходит мимо змеевика. Воздух охлаждает змеевик, нагревая воздух, а затем дует через вентиляционные отверстия в вашу машину. Таким образом, нагреватель представляет собой комбинацию вентилятора и системы охлаждения на бензине или дизельном топливе.

Примечание. Если вам нужна информация о обогревателе автомобильного аккумулятора для запуска в холодную погоду, см. Сообщение «Автомобиль не заводится в холодную погоду».

Разве в некоторых автомобилях нет обогревателя на 12 вольт?

Да, вы можете приобрести 12-вольтовые нагреватели с сопротивлением , которые создают около 150 Вт тепла и потребляют около 20 ампер (поэтому для этого нужен предохранитель на 20 ампер).Обогреватель мощностью 150 ватт создает около 500 БТЕ в час (домашняя система создает от 40 000 до 200 000 БТЕ).

12-вольтовый резистивный обогреватель не обогреет весь дом, но он все равно очень быстро разрядит 12-вольтовый автомобильный аккумулятор. Комнате 10 × 10 требуется от 4000 до 4500 БТЕ в час в холодной зоне.

В электромобилях также используется резистивный нагреватель на 12 В. 12-вольтовые резистивные нагреватели электромобилей потребляют МНОГО электричества, а в электромобилях это быстро приводит к включению резервного газового двигателя или к быстрой подзарядке автомобиля.

Как аккумулятор выделяет тепло?

В нагревателях на батарейках используется электрический резистивный нагрев, при котором для создания тепла используется большой ток (электричество). Батарея проходит через катушку с высоким сопротивлением (нагревательный элемент), сопротивляется электрическому потоку и нагревается. Для этого требуется много электроэнергии или тока.

Для дома площадью от 1000 до 2500 квадратных футов обычно требуется от 40 000 до 150 000 БТЕ. Нагреватель аккумулятора небольшого автомобиля создает 500 БТЕ при 12 вольт 20 ампер. Это означает, что вам понадобится от 100 до 500 автомобильных аккумуляторов, чтобы обогреть дом электричеством в течение короткого периода и более в течение нескольких дней.Нецелесообразно использовать батареи для питания систем отопления, основанных на сопротивлении.

Могу ли я получить тепло от аккумулятора?

Да, есть небольшие перчатки с питанием от батареек, одеяла с питанием от батареек и куртки с питанием от батареек. В перчатках такого типа обычно используются дорогие батареи LIPO высокой мощности, и их срок службы составляет от 1/2 часа до нескольких часов.

Лучшей альтернативой для экстренного использования являются химические грелки для рук, такие как HotHands Hard Warmers. Вы можете приобрести 8 пар подогревателей HotHands менее чем за 10 долларов, и каждый набор подогревателей обеспечивает до десяти часов нагрева.

Читатели отметили, что им давали оставаться в тепле от 3 до 12 часов, в зависимости от условий. Химические грелки для рук намного более эффективны, но их можно использовать один раз.

Какая существует одежда с подогревом от батарей?

Вы можете приобрести одежду с подогревом от батарей, например куртки с литиевым или Li-Po питанием, перчатки с подогревом от батарей, носки и даже одеяла с батарейным питанием. Одежду с подогревом, работающую от аккумуляторов, можно приобрести у Dewalt, Bosch, Makita & Milwaukee и многих других поставщиков.

Единственное, с чем мы лично сталкиваемся, - это перчатки и жилет с подогревом, которые использует дедушка, так как он ценит дополнительное тепло.

  • Перчатки с подогревом от аккумулятора:
  • Женские куртки с подогревом от аккумулятора
  • Куртки с подогревом от аккумулятора
.Характеристики батареи

- Как определить и протестировать батарею

Технические характеристики, стандарты и реклама

Батареи

могут рекламироваться как Long Life, High Capacity, High Energy, Deep Cycle, Heavy Duty, Fast Charge, Quick Charge, Ultra и другие, плохо определенные параметры, и существует несколько отраслевых или юридических стандартов, точно определяющих, что каждый из этих терминов средства.Рекламные слова могут означать все, что хочет продавец. Помимо базовой конструкции батареи, производительность фактически зависит от того, как используются батареи, а также от условий окружающей среды, в которых они используются, но эти условия редко, если вообще когда-либо, указываются в рекламе для массового рынка. Для потребителя это может сбивать с толку или вводить в заблуждение. Однако сама аккумуляторная промышленность не использует такие расплывчатые термины для определения характеристик батареи, а спецификации обычно включают заявление, определяющее или ограничивающее условия эксплуатации или окружающей среды, в которых может быть достигнута заявленная производительность.

В следующем разделе описаны основные параметры, используемые для характеристики элементов или батарей, и показано, как эти параметры могут изменяться в зависимости от условий эксплуатации.

Кривые разряда

Энергетические элементы

были разработаны для широкого спектра применений с использованием множества различных технологий, что привело к широкому диапазону доступных рабочих характеристик.На графиках ниже показаны некоторые из основных факторов, которые разработчик приложений должен учитывать при выборе батареи для соответствия требованиям к производительности конечного продукта.

Клеточная химия

Номинальное напряжение гальванического элемента фиксируется электрохимическими характеристиками активных химических веществ, используемых в элементе, так называемой химией элемента. Фактическое напряжение, появляющееся на выводах в любой конкретный момент времени, как и в любой ячейке, зависит от тока нагрузки и внутреннего импеданса ячейки, и это зависит от температуры, состояния заряда и возраста элемента.

На приведенном ниже графике показаны типичные кривые разряда-разряда для элементов с различным химическим составом при разряде со скоростью 0,2 ° C. Обратите внимание, что химический состав каждой ячейки имеет свои характеристические номинальное напряжение и кривую разряда. Некоторые химические соединения, такие как литий-ионные, имеют довольно плоскую кривую разряда, в то время как другие, такие как свинцово-кислотные, имеют ярко выраженный наклон.

Мощность, выдаваемая элементами с наклонной кривой разряда, постепенно падает в течение всего цикла разряда.Это может вызвать проблемы для приложений с большой мощностью ближе к концу цикла. Для приложений с низким энергопотреблением, которым требуется стабильное напряжение питания, может потребоваться установка регулятора напряжения, если наклон слишком крутой. Обычно это не вариант для приложений с высокой мощностью, поскольку потери в регуляторе могут лишить аккумулятор еще большей мощности.

Плоская кривая разряда упрощает конструкцию приложения, в котором используется аккумулятор, поскольку напряжение питания остается достаточно постоянным в течение всего цикла разряда.Наклонная кривая облегчает оценку состояния заряда аккумулятора, поскольку напряжение элемента может использоваться как мера оставшегося заряда в элементе. Современные литий-ионные элементы имеют очень плоскую кривую разряда, поэтому для определения состояния заряда

необходимо использовать другие методы.

По оси X показаны характеристики ячейки, нормированные в процентах от емкости ячейки, так что форма графика может отображаться независимо от фактической емкости ячейки.Если бы ось X была основана на времени разряда, длина каждой кривой разряда была бы пропорциональна номинальной емкости элемента.

Температурные характеристики

Производительность элемента может резко меняться в зависимости от температуры. В нижнем пределе, в батареях с водными электролитами, сам электролит может замерзнуть, устанавливая нижний предел рабочей температуры. При низких температурах литиевые батареи страдают от литиевого покрытия анода, что приводит к необратимому снижению емкости.В крайнем случае активные химические вещества могут разрушиться, разрушив аккумулятор. Между этими пределами характеристики элемента обычно улучшаются с повышением температуры. См. Также «Управление температурным режимом» и «Срок службы батареи» для получения дополнительных сведений.

На приведенном выше графике показано, как характеристики ионно-литиевых батарей ухудшаются при снижении рабочей температуры.

Вероятно, более важным является то, что как для высоких, так и для низких температур, чем дальше рабочая температура от комнатной, тем больше сокращается срок службы.См. Неисправности литиевых батарей.

Характеристики саморазряда

Скорость саморазряда - это мера того, как быстро элемент теряет свою энергию, находясь на полке, из-за нежелательных химических воздействий внутри элемента. Скорость зависит от химического состава клеток и температуры.

Клеточная химия

Ниже показан типичный срок хранения некоторых первичных ячеек:

  • Цинк Углерод (Leclanché) от 2 до 3 лет
  • Щелочная 5 лет
  • Литий 10 лет и более

Типичные скорости саморазряда для обычных аккумуляторных элементов следующие:

  • Свинцово-кислотный от 4% до 6% в месяц
  • Никель Кадмий от 15% до 20% в месяц
  • Никель-металлогидрид 30% в месяц
  • Литий от 2% до 3% в месяц

Влияние температуры

Скорость нежелательных химических реакций, вызывающих внутреннюю утечку тока между положительным и отрицательным электродами элемента, как и все химические реакции, увеличивается с повышением температуры, что увеличивает скорость саморазряда батареи.См. Также Срок службы батареи. На приведенном ниже графике показана типичная скорость саморазряда литий-ионной батареи.

Внутреннее сопротивление

Внутренний импеданс ячейки определяет ее пропускную способность по току. Низкое внутреннее сопротивление допускает большие токи.

Схема эквивалентной батареи

На схеме справа показана эквивалентная схема для энергетической ячейки.

  • Rm - сопротивление металлического пути через ячейку, включая клеммы, электроды и межсоединения.
  • Ra - сопротивление электрохимического тракта, включая электролит и сепаратор.
  • Cb - емкость параллельных пластин, которые образуют электроды ячейки.
  • Ri - нелинейное контактное сопротивление между пластиной или электродом и электролитом.

Типичное внутреннее сопротивление порядка миллиомов.

Влияние внутреннего импеданса

Когда через элемент протекает ток, на внутреннем сопротивлении элемента возникает падение напряжения IR, которое снижает напряжение на выводах элемента во время разряда и увеличивает напряжение, необходимое для зарядки элемента, таким образом уменьшая его эффективную емкость, а также уменьшая его заряд. / эффективность разряда.Более высокие скорости разряда вызывают более высокие внутренние падения напряжения, что объясняет более низкие кривые разряда напряжения при высоких скоростях C. См. «Скорость разряда» ниже.

На внутренний импеданс влияют физические характеристики электролита: чем меньше размер гранул материала электролита, тем ниже полное сопротивление. Размер зерна контролируется производителем ячейки в процессе измельчения.

Спиральная конструкция электродов часто используется для увеличения площади поверхности и, таким образом, уменьшения внутреннего импеданса.Это снижает тепловыделение и обеспечивает более быструю зарядку и разрядку.

Внутреннее сопротивление гальванического элемента зависит от температуры и уменьшается с повышением температуры из-за увеличения подвижности электронов. График ниже является типичным примером.

Таким образом, элемент может быть очень неэффективным при низких температурах, но эффективность повышается при более высоких температурах из-за более низкого внутреннего импеданса, но также и из-за увеличения скорости химических реакций.Однако более низкое внутреннее сопротивление, к сожалению, также приводит к увеличению скорости саморазряда. Кроме того, срок службы ухудшается при высоких температурах. Может потребоваться некоторая форма нагрева и охлаждения для поддержания ячейки в ограниченном диапазоне температур для достижения оптимальных характеристик в приложениях с высокой мощностью.

Внутреннее сопротивление большинства химических элементов ячеек также имеет тенденцию значительно увеличиваться к концу цикла разряда, поскольку активные химические вещества переводятся в свое разряженное состояние и, следовательно, эффективно израсходуются.Это в основном отвечает за быстрое падение напряжения элемента в конце цикла разряда.

Кроме того, эффект джоулева нагрева I 2 R, потери во внутреннем сопротивлении элемента вызывают повышение температуры элемента.

Падение напряжения и потери I 2 R могут быть незначительными для элемента емкостью 1000 мАч, питающего мобильный телефон, но для 100-элементного автомобильного аккумулятора на 200 Ач они могут быть значительными.Типичное внутреннее сопротивление литиевой батареи мобильного телефона емкостью 1000 мА составляет от 100 до 200 мОм и около 1 мОм для литиевой батареи емкостью 200 Ач, используемой в автомобильной батарее. См. Пример.

При работе со скоростью C падение напряжения на элемент будет около 0,2 В в обоих случаях (немного меньше для мобильного телефона). Потери I 2 R в мобильном телефоне будут составлять от 0,1 до 0,2 Вт. В автомобильной батарее, однако, падение напряжения на всей батарее будет 20 В, а потеря мощности, рассеиваемой в виде тепла внутри батареи, составит 40 Вт на элемент или 4 кВт для всей батареи.Это в дополнение к теплу, выделяемому в результате электрохимических реакций в ячейках.

По мере старения элемента сопротивление электролита имеет тенденцию к увеличению. Старение также приводит к ухудшению качества поверхности электродов и увеличению контактного сопротивления, и в то же время эффективная площадь пластин уменьшается, что снижает их емкость. Все эти эффекты увеличивают внутренний импеданс клетки, что отрицательно влияет на ее работоспособность.Сравнение фактического импеданса ячейки с ее импедансом, когда она была новой, можно использовать для измерения или представления возраста ячейки или ее эффективной емкости. Такие измерения намного удобнее, чем фактическая разрядка элемента, и их можно проводить без разрушения тестируемого элемента. См. «Испытания импеданса и проводимости»

Внутреннее сопротивление также влияет на эффективную емкость ячейки.Чем выше внутреннее сопротивление, тем выше потери при зарядке и разрядке, особенно при более высоких токах. Это означает, что при высоких скоростях разряда доступная емкость ячейки ниже. И наоборот, если он разряжается в течение длительного периода, емкость в ампер-часах выше. Это важно, потому что некоторые производители указывают емкость своих батарей при очень низкой скорости разряда, что заставляет их выглядеть намного лучше, чем они есть на самом деле.

Скорость разряда

Кривые разряда для литий-ионного элемента ниже показывают, что эффективная емкость элемента уменьшается, если элемент разряжается с очень высокой скоростью (или, наоборот, увеличивается с низкой скоростью разряда).Это называется смещением емкости, и этот эффект характерен для большинства химических элементов ячейки.

Нагрузка аккумулятора

Время разряда батареи зависит от нагрузки, которую она должна обеспечивать.

Если разрядка происходит в течение длительного периода в несколько часов, как в некоторых высокопроизводительных приложениях, таких как электромобили, эффективная емкость аккумулятора может быть вдвое больше указанной емкости при коэффициенте C.Это может быть наиболее важным при выборе дорогой батареи для использования с высокой мощностью. Емкость маломощных аккумуляторов бытовой электроники обычно указывается для разряда со скоростью C, тогда как SAE использует разряд в течение 20 часов (0,05 ° C) в качестве стандартного условия для измерения емкости автомобильных аккумуляторов в амперах. График ниже показывает, что эффективная емкость свинцово-кислотных аккумуляторов с глубокой разрядкой почти удваивается, поскольку скорость разряда снижается с 1,0 ° C до 0.05C. При времени разряда менее одного часа (высокие значения C) эффективная емкость резко падает.

На эффективность зарядки также влияет скорость заряда. Объяснение причин этого приведено в разделе «Время зарядки».

Из этого графика можно сделать два вывода:

  • Следует проявлять осторожность при сравнении характеристик емкости аккумуляторов, чтобы обеспечить сопоставимые скорости разряда.
  • В автомобильной промышленности, если высокие значения тока регулярно используются для резкого ускорения или для подъема на холм, дальность действия транспортного средства будет уменьшена.

Рабочий цикл

Рабочие циклы различаются для каждого приложения. Приложения EV и HEV накладывают определенные переменные нагрузки на аккумулятор. См. Пример нагрузочного тестирования. Стационарные батареи, используемые в распределенных сетевых накопителях энергии, могут иметь очень большие изменения SOC и много циклов в день.

Важно знать, сколько энергии используется за цикл, и рассчитывать на максимальную пропускную способность и передачу энергии, а не на среднее значение.

Примечания: Для информации

  • Типичный небольшой электромобиль будет потреблять от 150 до 250 Втч энергии на милю при нормальной вождении. Таким образом, для диапазона 100 миль при 200 Вт-час на милю потребуется аккумулятор емкостью 20 кВт-ч.
  • В гибридном электромобиле
  • используются батареи меньшего размера, но они могут потребоваться для работы при очень высокой скорости разряда до 40 ° C. Если в автомобиле используется рекуперативное торможение, аккумулятор также должен выдерживать очень высокую скорость зарядки, чтобы быть эффективным. См. В разделе о конденсаторах пример того, как это требование может быть выполнено.

Уравнение Пойкерта

Уравнение Пойкерта - это удобный способ характеристики поведения ячейки и математического определения смещения емкости.

Это эмпирическая формула, которая приблизительно определяет, как доступная емкость аккумулятора изменяется в зависимости от скорости разряда. C = I n T, где «C» - это теоретическая емкость аккумулятора, выраженная в ампер-часах, «I» - ток, «T» - время, а «n» - число Пейкерта, постоянная для данного аккумулятор. Уравнение показывает, что при более высоких токах в батарее меньше доступной энергии. Число Пейкерта напрямую связано с внутренним сопротивлением батареи.Более высокие токи означают больше потерь и меньшую доступную емкость.

Значение числа Пойкерта показывает, насколько хорошо батарея работает при длительных сильных токах. Значение, близкое к 1, указывает на то, что аккумулятор работает нормально; чем выше число, тем больше емкость теряется при разряде аккумулятора при больших токах. Число Пейкерта батареи определяется эмпирически. Для свинцово-кислотных аккумуляторов это число обычно составляет от 1,3 до 1,4

График выше показывает, что эффективная емкость аккумулятора снижается при очень высокой скорости непрерывной разрядки.Однако при периодическом использовании батарея успевает восстановиться в периоды покоя, когда температура также возвращается к уровню окружающей среды. Из-за этой возможности восстановления емкость меньше уменьшается, а эффективность работы выше, если аккумулятор используется с перерывами, как показано пунктирной линией.

Это обратное поведение двигателя внутреннего сгорания, который наиболее эффективно работает при непрерывных устойчивых нагрузках.В этом отношении электроэнергия - лучшее решение для средств доставки, которые постоянно отключаются.

Участки Рагон

График Рагона полезен для определения компромисса между эффективной мощностью и управляемой мощностью. Обратите внимание, что графики Рагона обычно основаны на логарифмических шкалах.

На графике ниже показана превосходная гравиметрическая плотность энергии литий-ионных элементов.Также обратите внимание, что ионно-литиевые элементы с анодами из титаната лития (Altairnano) обеспечивают очень высокую плотность мощности, но пониженную плотность энергии.

Энергия и плотность мощности - участок Рагона

Источник Альтаирнано

На графике Ragone ниже сравнивается производительность ряда электрохимических устройств.Это показывает, что ультраконденсаторы (суперконденсаторы) могут обеспечивать очень высокую мощность, но емкость хранилища очень ограничена. С другой стороны, топливные элементы могут хранить большое количество энергии, но имеют относительно низкую выходную мощность.

Ragone Участок электрохимических устройств

Наклонные линии на графиках Ragone показывают относительное время, необходимое для того, чтобы зарядить устройство или выйти из него.С одной стороны, мощность может быть накачана или извлечена из конденсаторов за микросекунды. Это делает их идеальными для сбора энергии рекуперативного торможения в электромобилях. С другой стороны, топливные элементы имеют очень плохие динамические характеристики, требуя часов для выработки и доставки энергии. Это ограничивает их применение в электромобилях, где они часто используются вместе с батареями или конденсаторами для решения этой проблемы. Литиевые батареи находятся где-то посередине и обеспечивают разумный компромисс между ними.

См. Также Сравнение альтернативных хранилищ энергии.

Характеристики импульса

Способность передавать сильноточные импульсы - это требование многих батарей. Допустимая токовая нагрузка ячейки зависит от эффективной площади поверхности электродов. (См. Компромисс между энергией и мощностью). Однако ограничение по току определяется скоростью, с которой происходят химические реакции внутри ячейки.Химическая реакция или «перенос заряда» происходит на поверхности электродов, и начальная скорость может быть довольно высокой, так как химические вещества, расположенные рядом с электродами, преобразуются. Однако как только это происходит, скорость реакции ограничивается скоростью, с которой активные химические вещества на поверхности электрода могут пополняться путем диффузии через электролит в процессе, известном как «массоперенос». Тот же принцип применяется к процессу зарядки и более подробно описан в разделе «Время зарядки».Следовательно, импульсный ток может быть значительно выше, чем частота C, которая характеризует характеристики непрерывного тока.

Срок службы

Это один из ключевых параметров производительности ячейки, который указывает ожидаемый срок службы ячейки.

Жизненный цикл определяется как количество циклов, которое может выполнить элемент, прежде чем его емкость упадет до 80% от первоначальной указанной емкости.

Каждый цикл заряда-разряда и связанный с ним цикл превращения активных химикатов, который он вызывает, сопровождается медленным ухудшением химикатов в элементе, что будет почти незаметно для пользователя. Это ухудшение может быть результатом неизбежных нежелательных химических воздействий в ячейке или роста кристаллов или дендритов, изменяющих морфологию частиц, составляющих электроды. Оба эти события могут иметь эффект уменьшения объема активных химических веществ в элементе и, следовательно, его емкости, или увеличения внутреннего импеданса элемента.

Обратите внимание, что элемент не умирает внезапно в конце указанного жизненного цикла, а продолжает свое медленное разрушение, так что он продолжает нормально функционировать, за исключением того, что его емкость будет значительно меньше, чем была, когда она была новой.

Цикл срока службы, как определено, является полезным способом сравнения батарей в контролируемых условиях, однако он может не дать наилучшего показателя срока службы батарей в реальных условиях эксплуатации.Элементы редко эксплуатируются в последовательных полных циклах заряда-разряда, они с большей вероятностью будут подвергаться частичным разрядам различной глубины перед полной подзарядкой. Поскольку в частичных разрядах участвует меньшее количество энергии, аккумулятор может выдерживать гораздо большее количество неглубоких циклов. Такие циклы использования типичны для гибридных электромобилей с рекуперативным торможением. Посмотрите, как продолжительность цикла зависит от глубины разряда (DOD) в разделе Срок службы батареи.

Срок службы также зависит от температуры, как от температуры эксплуатации, так и от температуры хранения.См. Более подробную информацию в разделе «Неисправности литиевых батарей».

Общая пропускная способность энергии

Более репрезентативный показатель срока службы батареи - это Lifetime Energy Throughput . Это общее количество энергии в ватт-часах, которое может быть вложено в аккумулятор и снято с него в течение всех циклов в течение срока его службы, прежде чем его емкость снизится до 80% от первоначальной емкости нового аккумулятора.Это зависит от химического состава клетки и условий эксплуатации. К сожалению, эта мера еще не используется производителями элементов и еще не принята в качестве отраслевого стандарта для аккумуляторов. Пока он не войдет в широкое использование, его нельзя будет использовать для сравнения производительности элементов от разных производителей таким образом, но, если он доступен, по крайней мере, он предоставляет более полезное руководство для инженеров по применению для оценки срока службы используемых батарей. в своих проектах.

См. Также Состояние работоспособности (SOH) и Расчетный срок службы батареи

Глубокий разряд

Срок службы в цикле уменьшается с увеличением глубины разряда (DOD) (см. Срок службы батареи), и многие химические составы элементов не допускают глубокого разряда, и элементы могут быть необратимо повреждены при полной разрядке.Специальные конструкции ячеек и химические смеси необходимы, чтобы максимально увеличить потенциальную степень разряда батарей глубокого разряда.

Зарядные характеристики

Кривые зарядки и рекомендуемые методы зарядки включены в отдельный раздел, посвященный зарядке

.

Насколько большой аккумуляторный блок вам нужен, чтобы содержать дом? | Руководства для дома

Джозеф Уэст Обновлено 15 декабря 2018 г.

Многие домашние энергетические системы сталкиваются с перспективой несоответствия с основным источником питания. Ветряные генераторы мало помогают в безветренные дни, а солнечные батареи бесполезны, когда они засыпаны снегом. Даже дома, подключенные к электросети, время от времени сталкиваются с отключениями электроэнергии. Вы можете создать резервную копию с аккумулятором, который может обеспечить электричеством ваш дом при выходе из строя основных источников.

Киловатт-час

Бытовое потребление электроэнергии измеряется в киловатт-часах. Киловатт-час соответствует количеству энергии, необходимому для питания устройства мощностью 1 киловатт в течение одного часа или устройства мощностью 100 Вт в течение 10 часов. В ежемесячном счете за электроэнергию указано, сколько киловатт-часов вы израсходовали, а в счете также может отображаться статистика использования за предыдущие месяцы. По данным Управления энергетической информации США, средний американский дом потребляет 901 киловатт-час в месяц, или примерно 30 киловатт-часов в день.

Количество дней

Непрактично построить аккумуляторную батарею, способную обеспечивать электроэнергию дома в течение многих дней. Реалистичная система обеспечит электроэнергией дом на несколько дней, чтобы учесть любые сбои в системе первичной энергии. При проектировании аккумуляторной батареи вы должны определить, сколько дней вы ожидаете без питания. Например, если вы живете в сельской местности, где сильные штормы иногда вызывают перебои в подаче электроэнергии, вы можете рассчитать свою систему на три дня работы от батареи.

Характеристики батареи

Батареи разработаны для выработки определенного напряжения и рассчитаны на определенное количество ампер-часов. Например, батарея на 400 ампер-час может обеспечивать ток 4 ампера в течение 100 часов. Напряжение батареи считается довольно постоянным, хотя напряжение постепенно снижается по мере разряда батареи. Чтобы оценить энергоемкость батареи в киловатт-часах, умножьте типичное рабочее напряжение на номинальное значение в ампер-часах, а затем разделите на 1000.Батарея на 400 ампер-часов, вырабатывающая 6 вольт, может обеспечить примерно 2,4 киловатт-часа.

Количество батарей

Блок батарей, предназначенный для питания среднего американского домохозяйства в течение трех дней, должен обеспечивать 90 киловатт-часов энергии. Батарея из предыдущего примера может обеспечивать 2,4 киловатт-часа, поэтому этой системе потребуется 38 батарей. На самом деле, потребуется еще несколько батарей, чтобы учесть недостатки батарей и мощность, потребляемую инвертором, который представляет собой устройство, необходимое для преобразования энергии батареи постоянного тока в переменный ток, необходимый для бытовой электросети.

.

Смотрите также