Критерии выбора аккумулятора для сигнальных фонарей

Соответственно требуется обеспечить питание для фонарей, и это возможно двумя способами – либо фонари подключаются к электросети 220/230 вольт с помощью блока питания, либо вам не обойтись без одного или нескольких аккумуляторов. Не так давно мы писали про блоки питания (часть 1 и часть 2) - что это такое (в общих чертах) и зачем нужно.

Блоки питания – превосходный вариант для проведения работ в городе, где паутины проводов электросетей сплетаются повсеместно, и найти, куда подключиться – не проблема. Но на трассе, проходящей через чисто поле, вам неизбежно понадобится автономный источник, то есть аккумуляторы. Это второй вариант, от чего запитать фонари.

Чисто гипотетически можно придумать и другие источники энергии для фонарей, например, солнечные батареи, но это слишком хлопотно, непрактично и абсолютно неоправданно экономически.

Возможно, в будущем ситуация изменится, но пока альтернативная энергетика абсолютно неконкурентоспособна по показателю удельной мощности в сравнении с традиционными источниками питания, поэтому даже говорить об этом смысла нет. Будем считать, что способов только два.

Общие сведения об аккумуляторах

Электрический аккумулятор – источник питания химического типа многоразового применения. После разряда может быть вновь заряжен до первоначального значения. Это значит, что в отличие от гальванических элементов (одноразовых «батареек») химические реакции в аккумуляторах обратимы, что и делает их перезаряжаемыми. Но при зарядке не удастся зарядить аккумулятор в точности до первоначального значения, с каждым новым циклом перезарядки порог максимального значения емкости будет немного снижаться, и этим фактором обусловлено старение и износ аккумуляторов.

Основные характеристики любого аккумулятора – это напряжение, номинальный и максимальные рабочие токи, номинальная емкость, а также температурный режим. Все они между собой взаимосвязаны, например, с падением температуры резко падает и емкость, так как значительно замедляется скорость химических реакций внутри аккумулятора.

Напряжение (электродвижущая сила, ЭДС) определяется химическим составом аккумулятора, температурой и, конечно, степенью заряда, максимальный рабочий ток – конструктивными особенностями аккумулятора, номинальный рабочий ток, а так же номинальный ток разряда обычно ограничен 20..30% емкости аккумулятора, выраженной в ампер-часах (А*ч) или ватт-часах (Вт*ч).

Хотя это не совсем то, что принято называть «емкостью» среди людей с электротехническим образованием (емкость для них – это фарады и их производные, совсем другая физическая величина, а на аккумуляторах на самом деле указывают электрический заряд или «количество электричества», выраженный в кулонах), но мы не будем углубляться в эти нюансы. На бытовом уровне называть емкостью ампер-часы или ватт-часы вполне удобно и практично.

Аккумуляторы используются для автономного электропитания всевозможного электротехнического оборудования и электронных устройств, в качестве резервных источников питания на транспорте, производстве, в медицине и в других сферах. Их эксплуатация включает циклическое накопление и отдачу запасенной энергии.;

Два самых очевидных примера применения аккумуляторов – это, пожалуй, автомобильный стартерный аккумулятор и аккумуляторы в наших всевозможных гаджетах, например, в сотовых телефонах и ноутбуках. Разумеется, это абсолютно разные аккумуляторы, но их объединяет одно – возможность какое-то время автономно работать без внешнего источника питания.

Существует довольно много типов аккумуляторов, около трех десятков, из них широко распространены следующие типы аккумуляторов:

Глобально все аккумуляторы делятся на те, что состоят всего из одного элемента (ячейки), и те, в корпусе которых элементов несколько, как правило, соединенных последовательно. Вторые правильно называть «аккумуляторными батареями», хотя в разговорной речи обычно все называют просто «аккумулятором». Поскольку напряжение, вырабатываемое одной ячейкой (например, у полностью заряженных свинцово-кислотных аккумуляторов оно составляет 2,11 - 2,17 В), во многих случаях слишком мало, последовательное соединение ячеек позволяет добиться приемлемых значений. При этом их напряжения складываются, а максимальный ток остается таким же, как у одной ячейки (в составе батареи он будет определяться возможностями самой слабой ячейки). В дальнейшем мы будем говорить именно батареях, сокращенно АКБ.

Аккумуляторные батареи для сигнальных фонарей

В принципе запитать светодиодные сигнальные фонари можно от какой угодно аккумуляторной батареи достаточной емкости и напряжения. Их напряжение питания составляет 12 вольт – стандартное значение, которое встречается повсеместно, например, в системных блоках персональных компьютеров или бортовой сети большинства автомобилей и иной техники. Это же напряжение (но не только) используется и в портативном электроинструменте.

Но мы уже определились, что самым доступным и в принципе подходящим для уличной эксплуатации вариантом являются автомобильные свинцово-кислотные АКБ. Будучи изначально технологически «топорными», они просто созданы для агрессивных условий использования (жизнь под капотом машины – тоже не сахар) и как нельзя лучше подходят для дорожных условий.

Свинцово-кислотные АКБ имеют достаточно большую номинальную емкость и номинальное напряжение как раз 12 с небольшим вольт (при температуре 25 °С напряжение полностью заряженной батареи составит 12,6 - 12,7 вольта, что идеально. Понятно, что чем здоровее батарея, чем дольше смогут работать фонари на одном заряде. Мы предлагаем к покупке автомобильные аккумуляторные батареи на 60, 77, 100 и 190 А*ч. Какой выбрать?

Давайте рассчитаем, сколько сможет гореть одна и та же гирлянда, запитанная от каждой из этих АКБ. Это очень просто, достаточно найти ток, потребляемый всеми фонарями в составе гирлянды вместе, зная мощность каждого, а потом посчитать, сколько часов сможет отдавать этот ток та или иная АКБ. Для этого мощность одного фонаря умножьте на количество фонарей и поделите на напряжение в цепи, т.е. 12 вольт. По закону Ома для участка цепи вы получите не что иное, как ток данной цепи. Можно сначала найти ток одного фонаря, а потом умножить на их количество, сути это не меняет.

Допустим, у нас гирлянда из 50 фонарей ФС-12 мощностью 0,5 Вт. Незамысловатый расчет дает нам результат: 0,5 × 50 ÷ 12 ≈ 2 ампера.

Теперь берем по очереди наши АКБ и пересчитываем время работы.

АКБ емкостью 60 А*ч сможет проработать около 30 часов, 77 А*ч – 38,5 часов, 100 А*ч – 50 часов и 190 А*ч – 95 часов.

На самом деле это несколько упрощенный расчет. Он не учитывает температуру окружающей среды, при которой предполагается работа АКБ, а также износ батареи. Кроме того, паспортная емкость указывается до полной, можно сказать «предсмертной» разрядки. Но важно помнить, что не следует «высасывать из батареи все соки», то есть разряжать в ноль. Это вызывает сульфацию и осыпание активного слоя со свинцовых пластин, отчего АКБ стремительно приходят в негодность.

Поэтому на практике, даже если предполагается работа в тепле (летом), настоятельно советуем отнять от получившегося времени около 15-20 процентов. Таким образом, время работы 50 фонарей ФС-12 от нового (неизношенного) аккумулятора на 60 А*ч в лучшем случае составит около 25 часов, а на 190 А*ч – около 80 часов.

Очевидно, что если мы берем 100 фонарей, то все полученные значения делятся еще на два. При дальнейшем росте нагрузки начинает действовать закон нелинейного сокращения емкости, хотя вряд ли вам понадобится такое количество фонарей, который будет более выражен для батареи с меньшей номинальной емкостью.

Тем не менее считаем своим долгом упомянуть, что применительно к автомобильным аккумуляторным батареям существует еще понятие «резервной емкости». Это выражается как раз в том, что при росте тока потребления время разряда сокращается нелинейно, так как между этими характеристиками степенная взаимосвязь. Как правило, резервная емкость указывают не в ампер-часах, а минутах. Она рассчитывается для тока в 25 ампер. Светодиодные сигнальные гирлянды таких больших токов, конечно, не потребляют, ну или их нужно очень много, однако данный параметр тоже не следует оставлять без внимания. Приобретение АКБ с большей резервной емкостью при той же номинальной косвенно указывает на более высокое качество батареи.

А вообще, при выборе емкости действует простой принцип: «больше – не меньше». В разумных пределах, конечно. В конце концов, аккумуляторная батарея на 190 А*ч весит около 50 кг.

Желаем вам удачных покупок, ровных дорог и яркого освещения!