Ёмкость

Ёмкость аккумулятора – это количество электрического заряда, который может быть запасен аккумулятором и впоследствии использован мобильным устройством. Таким образом, ёмкость определяет время автономной работы.

По-научному электрический заряд измеряется с помощью электроскопа, как сила взаимодействия между заряженными пластинами. Единица измерения заряда кулон (Кл). Но измерять силу взаимодействия катода и анода внутри аккумулятора не представляется возможным, поэтому на практике измеряют не сам заряд, а электрический ток, который может создать полностью заряженный аккумулятор. Если разряд будет производиться с постоянным током, то ёмкость аккумулятора будет тем больше, чем дольше аккумулятор будет работать. Например, если аккумулятор непрерывно выдает 1A в течение 2 часов, то его ёмкость будет 1А * 2 часа = 2 Ah. Электрическая ёмкость аккумулятора является мерой или способностью накапливать электрический заряд. Единица измерения ёмкости аккумулятора Ah выбрана из-за удобства и является внесистемной единицей. Для обозначения ёмкости автомобильных аккумуляторов используется единица измерения Ah (ампер-час), а для маркировки аккумуляторов мобильных устройств используется mAh (1Ah= 1000mAh). Величина 1 ампер-час говорит о том, что в течение часа может обеспечиваться сила тока равная 1 А. Если задаться переводом этой единицы измерения в главные (СИ), будем иметь:

1A*h = 1 Кл/с * 3600 с = 3600 Кл

Технически тестер емкости АКБ показывает время, в течение которого аккумулятор будет производить питание подключенной нагрузки.

Расчет ёмкости по весу и размеру аккумулятора

В общем случае, ёмкость аккумулятора зависит от типа электрохимической схемы и плотности энергии. Это значит, что ёмкость будет прямо пропорциональна весу:

C = W * K₁ / V

Где:
С - емкость (mAh)
W - вес элемента (kg)
K₁ – плотность энергии (Wh/kg)
V - номинальное напряжение

Например, расчетная ёмкость элемента 523450 будет равна: 0,02 kg * 200Wh / 3,7 * 0,12mAh / m3 = 1081mAh (каталожное значение 1050mAh).

Также можно определить ёмкость, зная размер аккумулятора:

C = H * L * S *K₂

Где:
С - емкость (mAh)
H – толщина элемента (mm)
L – длина элемента (mm)
S – ширина элемента (mm)
K₂ – плотность энергии (mAh/m³)

Например, расчетная ёмкость элемента 523450 будет равна: 5,2 mm * 34 mm * 50 mm * 0,12mAh/m3 = 1060mAh (каталожное значение 1050mAh).

Ёмкость аккумулятора сильно зависит от температуры и силы тока. Один и тот же аккумулятор покажет меньшую ёмкость при низких температурах и больших токах.

Измерение ёмкости

Для измерения ёмкости используется нагрузочное оборудование, которое сначала полностью заряжает аккумулятор, а потом его полностью разряжает. Для разряда используется изменяемая нагрузка, позволяющая зафиксировать разрядный ток. Обычно разрядный ток устанавливается равным ёмкости (1C). Дополнительно используется разрядный ток 0,5C и 0,2C для аккумуляторов большой ёмкости.

В общем случае, значения ёмкости отличаются при разной температуре и силе тока.

Деградация ёмкости

При хранении и эксплуатации аккумуляторов ёмкость постепенно уменьшается. Это обусловлено наличием примесей материалов, катионным током, а также различными побочными химическими реакциями, которые происходят внутри аккумулятора параллельно с основной окислительно-восстановительной реакцией. Например, литий (Li) может вступить в реакцию с электролитом, корпусом или электродными материалами. Или же оксид кобальта (CoO₂) может переместиться с катода на анод. Таким образом, количество "рабочего вещества" постепенно уменьшается. Деградация ёмкости в процессе эксплуатации называется износом, а при хранении - старением.

В общем случае, аккумулятор деградирует быстрее при хранении в полностью заряженном состоянии (высокое напряжение), а также при работе в повышенной температуре и больших зарядных и разрядных токах.

Внимание:

Ёмкость литиевых аккумуляторов не восстанавливается.