В системах бесперебойного или резервного питания используются только аккумуляторов глубокого цикла. Они отличаются от обычных способностью к продолжительной зарядке и разрядке. Поэтому большое значение имеет расчет времени работы инвертора от аккумулятора, поскольку современные модели способны эксплуатироваться в течение 12 лет и более. Для проведения таких расчетов потребуются исходные данные.

В первую очередь нужно уточнить количество электроприборов и мощность, потребляемую ими. Чем выше емкость батареи или системы аккумуляторов, тем дольше будет работать подключенное оборудование при отсутствии централизованного электроснабжения. Для того чтобы рассчитать время автономной работы инвертора, нужно знать количество и емкость аккумуляторов, а также мощность, которую потребляет нагрузка в течение часа.

Вначале следует определить общую емкость используемых аккумуляторов. Например, в системе имеется 12 батарей по 12 вольт, с емкостью каждой из них 200 ампер-часов. В результате получается 12 х 12 х 200 = 28800 Вт/ч. У новых батарей максимальный КПД составляет 95%, то есть с учетом коэффициента потерь получается 28800 х 0,95 = 27360 Вт/ч. Значение среднечасовой нагрузки составляет 1320 вт. Получается время работы инвертора от аккумуляторной батареи 27360/1320 = 20,7 ч или в округленном виде - 20 часов.

В жизни современного человека используются повсеместно.

Практически любая электроаппаратура и электротехника работает от питания, поступающего от химических источников тока.

Израсходованные батарейки просто сменяют новыми, что определяет простоту их использования.

При этом мало кто знает, что часто выбрасываются в мусор еще вполне пригодные элементы питания, которые подлежат восстановлению с помощью:

• острого гвоздя или шила;
• шприца;
• зарядного устройства для аккумуляторных батарей;
• горячей воды;
• дистиллированной воды;
• столового уксуса (концентрации 9%);
• раствора соляной кислоты (концентрации 10%);
• небольшого молотка;
• смолы и пластилина.

Итак, в рамках данной статьи мы увеличиваем время работы (срок службы) батарейки, которая, казалось бы, уже выработала свой рабочий ресурс.

Но обо всем по порядку.

Увеличиваем время работы (срок службы) батарейки

Регенерация (восстановление) источника питания возможно лишь в случае, когда его емкость и напряжение не понизилось до предельного значения.

Батарейки класса АА (1,5 Вольт) выдерживают минимальный порог в 0,7-0,8 Вольт. В случае, если это значение еще не достигнуто, можно приступать к реанимации.

Проще всего увеличить срок службы батареек, которые разряжались под высокой нагрузкой. Такие элементы питания можно встретить в фонарях, игрушках, магнитолах и др.

Химические источники тока, разряжаемые под малыми нагрузками (часы, радио, фототехника), восстанавливаются значительно хуже, т.к. равномерно вырабатывают положенный ресурс без остатка.

Батарейку, которая долгое время лежала без действий и подсохла, можно регенерировать путем следующих операций:

1. Проделываем двухсторонние отверстия на глубину 3/4 тонким металлическим предметом (гвоздь или шило) по длине батарейки с обоих ее краев, вдоль стержня.

2. Впрыскиваем в проделанное отверстие немного очищенной или дистиллированной воды (шприцем).

3. Наблюдаем, как вода проходит внутри батарейки и вытесняет воздух из другого отверстия.

4. Как только вода проходит по всех батарейке, начинает выступать на противоположной стороне, закрываем отверстия смолой или пластилином.

5. Опробуем «подзаряженную» батарейку в работе.

Время работы батарейки может быть увеличено путем впрыскивания не воды, а столового уксуса (двойной дозы) или раствора соляной кислоты.

Если вышеописанные действия слишком сложны, можно просто поместить израсходованную батарейку в горячую воду на срок в 10 минут.

Кроме того, срок службы батарейки повышается в результате механического воздействия.

Для этих целей нам и понадобится небольшой молоток, которым необходимо обстучать корпус элемента питания.

Вместо молоточка можно применить любой другой предмет, который не повредит целостность корпуса. 2-3 дня работы при небольших токах разряда гарантированы!

Кроме того, можно пробовать оживить батарейку путем помещения ее в специальное зарядное устройство. Делать это можно с крайней осторожностью!

Простые одноразовые батарейки не предназначены для перезарядки, поэтому, такие действия могут использоваться на собственных риск и страх!!!

Обратимся немного к теории, необходимой для получения точных цифр при расчёте времени работы датчиков от комплекта батареек.

Итак, сначала рассмотрим, когда и на что тратится электроэнергия, на примере самого популярного модуля Z-Wave ZM3102.

• При отправке данных модуль тратит 36 мА. Отправка одного пакета длится обычно не более 7 мс (на самой медленной скорости).
• Ожидание данных или нажатия кнопки при включенном на приём модуле расходует 23 мА. В худшем случае на доставку пакета с подтверждением о получении требуется время 10мс * [количество ретрансляторов на пути + 1]. Однако при неудачной отправке пакета через примерно 50-100 мс происходит повторная попытка.
• Состояние глубокого сна самое экономичное - в нём модуль расходует лишь 2.5 μА.
• Ко всему этому требуется добавить расход оборудования вокруг модул. Например, включенный светодиод потребляет порядка 20 мА.

Ёмкость типичной батарейки AAA составляет примерно 800 мА*ч. Таким образом, если устройство непрерывно пребывает в режиме ожидания, батареек хватит на 800 мА*ч / 23 мА = 34 часа, т.е. менее двух суток ! Именно столько будет жить на батарейках датчик движения Express Control EZ-Motion , если у его переключить в режим постоянной работы (обычно это делается при подключении постоянного питания). Кстати, столько же будет гореть светодиод, подключенный к этим же батарейкам. Совершенно очевидно, что для работы в течение продолжительного срока требуется отправлять устройство в режим сна. Если же устройство будет всё время находиться во сне, то батареек хватит на 800 мА*ч / 2.5 μА = 36.5 лет. Очевидно, что саморазряд батарейки происходит быстрее.

Теперь рассчитаем лучший и худший варианты отправки пакета (20 байт с заголовками) от нашего узла, питающегося от батареек, к получателю (контроллеру, реле или другому устройству).

• Лучший вариант - отправленный пакет доставляется сразу без маршрутизации на скорости 40 кбод. Затраченная электроэнергия составит 36 мА * 160 бит / 40 кбод + 23 мА * 10 мс = 0.37 мА*с.
• Средний вариант - отправленный пакет доставляется через 2 роутера на скорости 40 кбод. Затраченная электроэнергия составит 36 мА * 160 бит / 40 кбод + 23 мА * 10 мс * (2 роутера +1)= 0.83 мА*с.
• Худший вариант - отправленный пакет не доставляется после перебора 4х доступных маршрутов, по 3 попытки на маршрут на скорости 9600 бод. Затраченная электроэнергия составит (36 мА * 160 бит / 9.6 кбод + 23 мА * (10 мс * (2 роутера + 1) + 50 мс)) * 3 попытки * 4 маршрута = 29.3 мА*с.
• Простое ожидание пакета от контроллера в течение одной секунды потребует 23 мА*с.
• Для сравнения, представим здесь же энергопотребление за время 3 часов сна: 2.5 μА * 10800 c = 27 мА*с.

Видно, что разница в энергопотреблении лучшего и худшего вариантов составляет более, чем в 70 раз!

Также видно, что попытка доставить пакет недоступному узлу стоит столько же, сколько ожидание ответа от контроллера в течение одной секунды , включение светодиода на одну секунду или 3 часа сна устройства !

Первый вывод: получатели пакетов быть доступны .
Второй вывод: при получении от датчика сообщения Я проснулся контроллер должен как можно скорей отправить датчику сообщение Спи дальше .
Третий вывод: датчик должен включать как можно меньше периферии и делать это как можно реже .

Рассмотрим жизненный цикл типичного Z-Wave датчика открытия двери, работающего на батарейках:

• Просыпается по прерыванию, проверяет состояние сенсоров
• В случае, если наступило событие, требующее отправки управляющих команд, включает радио-модуль и отправляет пакеты устройствам из списка ассоциированных с эти событием
• Ждёт доставки и засыпает
• Просыпается раз в N секунд (от 10мс до 2.55 секунд - это аппаратная особенность модуля Z-Wave) для проверки, счётчика просыпаний. Если он достиг заданной величины K, просыпается
• T = N*K равно периоду регулярных просыпаний, упомянутому ранее. Период прошёл, датчик отправляет пакет WakeUp Notification (Уведомление о пробуждении ) контроллеру и ждёт
• Если за определённое время W (в зависимости от производителя, от 2 до 60 секунд) ничего не пришло, датчик засыпает
• Если пришли данные, обрабатывает их, отвечает, если надо, и сбрасывает счётчик времени W и ждёт опять
• Если пришёл пакет WakeUp NoMoreInformation (Спи дальше ), то датчик мгновенно заканчивает текущие дела и засыпает

Давайте проведём расчёт срока жизни датчика при условиях периодического просыпания раз в час (T=3600 с) и отправке 20 событий открывания/закрывания в день (10 раз дверь открывали - реалистичное предположение для входной двери квартиры). Затраты за день составят 0.374 мА*с * (20 отправок по событию + 24 отправки по просыпанию) + 216 мА*с (сон) = 234 мА*с. Получается 34 года! На практике это значение значительно меньше, т.к. здесь мы не учли расхода на периферию чипа и срок службы батареек.

Теперь давайте поиграем разными параметрами.

Включение светодиода на секунду при каждой отправке события открывания (20 раз в день) изменить срок службы до 11 лет.

Представим, что датчик будет просыпаться не раз в час, а раз в 5 минут. Уже 24 года, а с горящим светодиодом (20 раз в день) 10 лет. Видно, как частые периодические просыпания существенно сократили срок жизни устройства от батареек. Хотя по сравнению с вкладом от светодиода это не существенно.

А что, если контроллер оказался выключенным? Теперь сообщение о просыпании не доставляется и датчик вынужден ждать W = 2 секунды до ухода назад в сон и мигать светодиодом 1 секунду для уведомления пользователя о проблеме. Тех же батареек хватит лишь на 2.5 года для при просыпании раз в час и всего на 3 месяцев при просыпании раз в 5 минут!

Очевидно, что в этих расчётах все времена более двух лет не реализуются из-за химических особенностей устройства батареек. Батарейки типа AA и AAA не способны работать более двух лет при постоянном питании устройства даже ничтожным током, несмотря на то, что ёмкости должно хватать. А вот всё, что меньше двух лет, уже станет ограничением по ёмкости.

FLiRS

Рассмотрим немного Часто Слушающие Устройства (FLiRS). Эти устройства просыпаются каждую секунду примерно на 5 мс, чтобы послушать, не посылают ли им специальный пакет WakeUp Beam . Если три часа сна требуют 27 мА*с, то FLiRS устройство потребит 1255 мА*с, что в 50 раз больше затрат на сон, но и в 200 раз меньше, чем при постоянном пребывании в режиме ожидания пакетов. Такие устройства обычно работают около 7-8 месяцев от комплекта батареек AAA. Однако производители стараются использовать более ёмкие батарейки, чтобы достичь времени работы более года.

Оборудования в ваттах. Нам нужно узнать именно среднее (за время работы от ) потребление. Оно может отличаться от максимальной или номинальной мощности, указанной в описаниях оборудования.

Н апример, номинальная мощность блока питания компьютера может быть 500 Вт, а реальное потребление 120 Вт (процессор небольшой мощности - 60 Вт, не слишком навороченная матплата с интегрированным видеоадаптером - 50 Вт и небольшой винчестер - 10 Вт).

В торой пример. Подключенный к холодильник имеет компрессор с электрической мощностью 200 Вт, но включается этот компрессор один раз в 10 минут и работает 2 минуты. В этом случае, среднее потребление будет равно:

200 Вт / 10 мин. * 2 мин. = 40 Вт

Е сли для холодильника указано годовое потребление энергии в киловатт-часах, (например, 270 кВт*час в год), то для расчета средней мощности эту величину нужно разделить на 9:

P = 270 / 9 = 30 Вт

Н ас интересует средняя активная мощность оборудования, питающегося от , т.е. мощность, выраженная в ваттах (Вт), а не в вольт-амперах (ВА). Если известна только полная мощность (в ВА), то ее нужно умножить на коэффициент от 0.6 до 1.0 в зависимости от характеристик оборудования.

2. Расчет суммарной

Н апример, имеет встроенную , состоящую из 2-х

Многие приборы, окружающие нас в повседневной жизни, требуют регулярной замены батареек. Но одни батарейки служат долго, а другие «умирают» практически сразу, особенно на морозе. Почему? Предлагаем разобраться - для чего подходят те или иные виды источников питания, будь то беспроводные наушники, компьютерные мыши или пульты от телевизора, и как сэкономить при их выборе.

Автором первой в мире батарейки стал итальянский физик Алессандро Вольта. Он обнаружил, что химические процессы, возникающих между электродами из различных металлов, могут стать источником электрического тока. Вольта сконструировал элемент, в котором чередовались пластинки цинка и меди, а между ними были проложены кусочки суконной ткани, пропитанной соляной кислотой. Батарея была помещена в обладающий проводимостью соляной раствор - электролит. На выходах создавалась разность потенциалов, суммирующая напряжение всех соединенных в столб элементов, в результате возникал электрический ток.

Алессандро Вольта представил своё изобретение Лондонскому королевскому обществу в 1801 году, после этого его пригласил в Париж Наполеон I Бонапарт, чтобы физик лично продемонстрировал ему работу батареи. За это Вольта были пожалованы орден Почетного легиона, титул короля электриков и премия в 6 тысяч лир.

Первое массовое производство батареек наладила американская компания Eveready в конце XIX века. Тогда выпускались источники питания для радиоприемников, позже их стали применять в горной промышленности, в автомобилестроении, на флоте и в авиации. В 20-х годах прошлого века американский рынок батареек захватила компания Duracell, и поэтому долгое время «господствовали» марганцево-цинковые гальванические элементы с графитным электродом.

Затем пришли новые технологии, а вместе с ними и новые производители. Сегодня на российском рынке самые популярные бренды GP, Energizer, Duracell, Varta, «Космос». Источники тока отличаются по мощности, она, в свою очередь, зависит от начинки. В зависимости от состава - катода, анода и электролита - батарейки бывают соляными, щелочными, ртутными, литиевыми и серебряными.

Виды по составу

Солевые батарейки пришли на замену марганцево-цинковым во второй половине XX века. В солевых в качестве электролита используется раствор хлорида аммония, в нём размещены электроды, изготовленные из цинка и оксида марганца. Солевые самые недорогие из всех представленных на рынке батареек.

Однако большинство производителей уже отказались от выпуска этих гальванических элементов, и в продаже их практически не найдёшь. Наверняка, многие замечали в отсеке для батареек белый налёт или скопление крупинок соли. Оказалось, что эти источники тока чаще других склонны к разгерметизации, в результате электролит вытекает, что сказывается на сроке службы техники. Кроме того, это опасно и для человека - если соль попадёт на кожу или слизистые оболочки, то есть риск получить ожог.

Щелочные также известны в народе как алкалиновые (от английского alkaline - «щёлочь»). Они немногим дороже солевых, однако, пользы от них в разы больше: при непрерывном разряде они способны проработать значительно дольше, чем солевые, и с более интенсивной нагрузкой. Элементы питания этого типа стоят в среднем около 20 - 30 рублей за батарейку.

Ртутные, как и соляные, уже практически не встретишь в продаже, их снимают с производства из-за токсичности ртути. Также они требуют специальных условий утилизации. Кроме этого, при цикличной работе гальванический элемент быстро деградирует и его ёмкость снижается.

Литиевые батареи работают дольше всех при высоких нагрузках. В такой батарейке катод изготовлен из лития, он отделён от анода с помощью сепаратора и диафрагмы, которая пропитана органическим электролитом. При этом литиевые самые лёгкие из всех существующих, но их единственный недостаток в цене - стоимость одной упаковки из двух батареек около 150 рублей.

Серебряные батарейки тоже одни из самых дорогих, оксид серебра служит основой для катода, а цинк - для анода. Электролитом выступает гидроксид натрия или калия. У них стабильное напряжение и высокая ёмкость. «Сами по себе эти батарейки хороши: они долго хранятся и медленно разряжаются. Поставил и на пять лет забыл о смене элементов тока. Но в магазинах их редко встретишь из за высокой цены», - объяснил продавец-консультант магазина «Техносити» Артём Новиков.

«Многоразовые»

Опытные пользователи предпочитают вместо одноразовых батареек покупать аккумуляторные, так как их можно многократно перезаряжать. Отличить аккумуляторы можно по надписи Rechargeable, а также по обозначенной на корпусе ёмкости в миллиампер-часах (mAh). Для перезарядки нужно специальное устройство, включаемое в розетку, его стоимость варьируется от 300 до 4 тысяч рублей.

На полках магазинов чаще можно найти никель-кадмиевые и никель-ионные аккумуляторы. «Перезаряжаемые батарейки - перспективное направление и в науке, и в производстве. Перезаряжаемые источники питания ещё и экологичны за счёт многоразового использования. Так что скоро аккумуляторы вытеснят одноразовые батарейки. Учёные всё время работают над разработкой новых материалов. Например, новосибирский научно-исследовательский институт химии твёрдого тела работает над синтезом натрий-ионных батарей, в перспективе разработка магний-ионных источников тока», - рассказала кандидат химических наук Нина Косова.

Виды по размеру

Теме не менее, одноразовые батарейки ещё рано отправлять на свалку истории. Прежде всего, доступность по цене не позволит их списать в утиль, поэтому полезно разобраться в классификации батареек по размерам.

ААА - небольшая батарейка, в народе также известная как «мизинчиковая». Высотой около 4,5 сантиметров и диаметром около сантиметра. Напряжение составляет 1,5 вольт.

АА - ещё одна миниатюрная батарейка, её также называют «пальчиковая». Высота составляет 5,5 сантиметров, диаметр - около 1,5 сантиметров, а напряжение - не более 1,5 вольт.

C - эти батарейки именуют «дюймовочками» или «эсками» из-за высоты - пять сантиметров. Диаметр составляет 2,6 сантиметра, а напряжение 1,5 вольта.

D - это самая большая батарейка, поэтому её неофициально прозвали «бочка». Напряжение стандартное, высота - 6,1 сантиметра, диаметр - 3, 4 сантиметра.

PP3, или «крона», - элемент с самым высоким напряжением в девять вольт, высотой 4,8 сантиметра и диаметром 2,6 сантиметра. У этой батарейка оба контакта расположены с одной стороны.

Область применения

Солевые батарейки обладают малой ёмкостью - около 0,8 ампер в час. Они подходят к устройствам с малым энергопотреблением: пульты дистанционного управления, термометры, настенные часы, кухонные или напольные весы. Эти батарейки очень быстро теряют заряд при низких температурах.

У щелочных область применения значительно шире, и они рассчитаны на высокие нагрузки. Ёмкость такой батарейки составляет 1,5 - 3,2 ампер в час. Щелочные элементы применимы к цифровым фотоаппаратам со вспышкой, фонарикам, детским игрушкам, офисным телефонам, компьютерным мышкам и так далее.

Литиевые батарейки имеют более длительный срок службы, поэтому такие источники питания применяются в устройствах, которые обладают высоким энергопотреблением. Это может быть компьютерная и фототехника, медицинская аппаратура. Кроме того, такие батарейки не боятся мороза. И их можно смело использовать для какого-нибудь уличного гаджета.

Ртутные батарейки ещё 20 лет назад широко использовались в таких устройствах, как электронные часы, кардиостимуляторы, слуховые аппараты, приспособления военного назначения. Но сегодня, как уже говорилось выше, от них отказались из-за высокого риска получить отравление.

Серебряные батарейки не получили массового распространения из-за высокой стоимости металла. Однако миниатюрные источники питания этого вида широко используются в наручных часах, материнских платах ноутбуков и компьютеров, слуховых аппаратах, музыкальных открытках, брелоках. Батарейки формата «крона», в основном, вставляют в радиоуправляемые игрушки или другие устройства, требующие большой мощности.

При выборе батарейки также стоит ориентироваться на дату производства. «Всегда надо смотреть, когда была произведена батарейка. Если она год пролежала на полке в магазине, то можно быть уверенным, что она потеряла свою ёмкость на 10-20%. Поэтому никогда не покупайте батарейки впрок. Самый короткий срок хранения у солевых - около двух лет; до пяти лет могут храниться щелочные, и до семи - литиевые», - подчеркнул продавец-консультант Артём Новиков.