Расчет аккумулятора?

[xdforce]

Возможно, тема неоднократно поднималась юзерами, но где ни искал в рунете -- так и не нашел того, чего мне нужно, поэтому решил создать центрилизованную тему по рассчетам акб.

Итак, задача: сделать аккумулятор с заданными характеристики из палок... (ну или сами знаете чего)

Аккумуляторная батарея имеет следующие характеристики(без учета габаритных): емкость, разрядный ток(номинальный, максимальный), зарядный ток, напряжение номинальное, напряжение максимальное (т.е при полном заряде), напряжение минимальное (т.е при полном разряде (с учетом минимального напряжения каждой банки)), внутреннее сопротивление и срок службы.

Для создания АКБ определенных характеристик нужно применять сложные комбинации из простых: последовательное и параллельное соединение.

Как известно из школьного курса физики: при последовательном соединении сохраняется ток и емкость, а напряжение суммируется.
При параллельном соединении ровным счетом наоборот.

А теперь к нюансам: в идеальных условиях(при абсолютно одинаковых ячейках) последовательное соединение позволяет получить разряд/заряд равномерно. Но такого обычно не происходит (либо происходит, но только с удачей в одинаковой партии). При неидеальных условиях последовательное соединение разряжает банки [b-b]НЕРАВНОМЕРНО[/b-b]. То есть падение напряжение на какой-либо ячейке способствует либо перезаряду, либо перазряду, а это не только ухудшает характеристики АКБ, но еще и ставит под сомнение пожаробезопасность.
При параллельном соединении рассматривается ТОК: поскольку ячейка это тоже сопротивление, то по правилу параллельного соединения сопротивление сильно падает, что дает высокую токоотдачу. Но и тут без  проблем не обошлось.

Дело в том, что когда аккумулятор стареет, его внутреннее сопротивление увеличивается, а емкость падает. Максимально отдаваемый ток падает, что может привести к разрушению банки с печальными последствиями.

Теперь к делу расчета:

В обозначениях АКБ используется две переменных S и P, что обозначает кол-во ячеек подключенных последовательно и параллельно соответственно.

Чтобы перевести nS в Вольты, необходимо умножить коэффициент S на напряжение одного элемента (18650 -- 3.6...3.7)

А вот с P давайте разбираться подробней.
Среднее значение разряда аккумуляторов 18650 составляет порядка 1C, где C -- ток(А), численно равный емкости(Ач) (она сильно связана с характеристиками ячейки). Для многих аккумуляторов(имеется в виду литий)  характерна такая зависимость: чем выше емкость одной ячейки, тем выше её внутреннее сопротивление, т.е малая токоотдача.
Соответственно, зная про токоотдачу одного элемента, можно расчитать максимальный отдаваемый ток одной сборки.
Пример: необходимо получить АКБ на 12 Вольт с токоотдачей порядка 20А. Для этого соединяем 3 банки 18650 емкостью 2700мАч последовательно и получаем сборку 12 Вольт емкостью 2700мАч. Она может отдавать ток в 2.7А [b-b]ДОЛГОВРЕМЕННО[/b-b]! Но нам же нужно 20. Тогда, сделав 8 таких же сборок и, соединив их параллельно, получим батарею на 11.1 Вольт с током номинальным током разряда 20А.

Теперь разберемся с пиковыми значениями и номинальными. На самом деле здесь все просто -- оно определяется показателем, указанным в характеристике банки.[b-b] УЧТИТЕ![/b-b] Что самым слабым звеном оказывается аккумулятор с самым высоким сопротивлением из всей сборки, т.к ячейки отдать ток больше, чем этот аккумулятор не смогут, иначе он деградирует (в худшем случае -- взорвется, со всеми вытекающими, особенно если [b-b]ЗАРЯЖЕН[/b-b]). 
Пример: если банка 2700мАч отдает в номинале 1C, а в пике 2C, то в сборке из 3 параллельных таких ячеек номинальный ток будет 8.1А, а кратковременный ток -- 16.2А.

*ПРОШУ ЗАМЕТИТЬ! Кратковременный ток понятие растяжимое и для батареи из разных составляющих пиковый ток РАЗНЫЙ. Руководствоваться следует по самому малому кратковременному току ячейки!*

Теперь о зарядном токе: следует руководствоваться документацией ячейки: обычно этот параметр имеет значение в 0.5С. Соответственно, необходимый зарядный ток(А) расcчитывается n*k*C, где n -- число параллельных ячеек, k -- коэф. при зарядке, C -- ток, численно равный емкости(Ач), (А)
Зарядное напряжение рассчитывается так же: необходимо сделать так, чтобы на каждый аккумулятор попало его номинальное напряжение (к примеру 3.6В), тогда из трех последовательных ячеек, суммарно дающих 11.1В, необходимо заряжать напряжением в 12В

А чтобы посчитать мощность зарядного устройства, можно руководствоваться обычной формулой P = U(В)*I(А) Вт
Можно и даже НУЖНО заряжать АКБ низким током порядка 0.2С поскольку это продлевает его срок службы. И что самое главное делает одну м-а-а-а-гию: чем меньшим током заряжен аккумулятор, тем большую емкость он запасает.

Вернемся к напряжению: 3.6В -- это среднее значение 1 ячейки. Откуда оно взялось? Оказывается, что аккумуляторная банка имеет [b-b]НЕЛИНЕЙНУЮ[/b-b] характеристику разряда (всё можно найти в документации к вашему аккумулятору). И это среднее значение оказывается на уровне когда аккумулятор достаточно эффективно отдает свою емкость (см. График) .

Считая это напряжение номинальным, можно легко рассчитать номинальное напряжение АКБ -- n*3.6 (3.7), где n -- число ячеек
Минимальным значением напряжения АКБ считается значение минимального напряжения ячейки (тавтология) помноженное на количество последовательных ячеек.
Пример: если минимальное напряжение ячейки составляет 2.7В, то минимальное напряжение всей АКБ составит 2.7*n, где n -- число ячеек.

Максимальное значение АКБ аналогично предыдущему, за отличием коэффициентов -- вместо 2.7 используется 4.1 -- 4.2В (зависит от мак напряжения вашей заряженной ячейки) 

Что такое вообще емкость?  Емкость это физическая величина, показывающая в течение какого времени аккумулятор может выдавать ток. Измеряется в Ач(ампер часы). За основу принято токоотдача в 1А в течение 1 часа.
Емкость всей АКБ характеризуется суммарной емкостью всех ее составляющих. На самом деле напряжение АКБ -- это тоже сумма напряжений всех ее ячеек, но для удобства расчетов принимаются более-менее одинаковые ячейки.

И заключающее -- срок жизни. Он прямо пропорционально зависит от тока разряда/заряда и условиями эксплуатации батареи. В среднем, для литий-ионных АКБ этот параметр составляет 1000 циклов заряд/разряд.

И да, НИКОГДА не используется аккумуляторы/АКБ/сборки без платы защиты и контроля BMS! Это Ваша личная безопасность и безопасность окружающих. Берегите себя.
Почитать про BMS можно в этом разделе: https://electrotransport.ru/index.php?board=74.0

Прочесть про отдельные виды аккумуляторов можно здесь https://electrotransport.ru/index.php?board=71.0 , здесь https://electrotransport.ru/index.php?board=72.0 , здесь https://electrotransport.ru/index.php?board=224.0 и здесь https://electrotransport.ru/index.php?board=73.0

ВАТТЧАСЫ

Еще со школьной программы мы слышали про меру мощности -- Ватт. Как известно, P(Вт)=IE, где I(А) ток, E -- ЭДС(В). Обычно мощность говорит о нагрузочной способности чего-либо. Пример: имеется лампа накаливания на 60Вт, соответственно, нам необязательно знать напряжение и ток, при которых эта лампа будет работать, зато мы знаем, что 60Вт без единицы времени весьма неоднозначный показатель. К примеру: 60Вт в секунду это много. 60Вт в минуту -- тоже. А вот 60Вт в час уже приемлимо. Поэтому нам необходимо найти лишь источник питания, который будет отдавать такую мощность. Одним из таких источников будет являться аккумулятор. О нем речь и пойдет:

Рассмотрим классический аккумулятор(ячейка) формата 18650. Пускай его емкость будет 3000мАч. Напряжение обычно 3.6В. Номинальный отдаваемый ток -- 1C, т.е 3А. Прежде всего, чтобы понять что может этот самый аккумулятор, надо отметить, что выражать емкость в Ач несовсем корректно, поскольку при разном напряжении на ячейке ее отдаваемый ток будет разным.
Ну а теперь нам от нечего делать захотелось взять да перемножить емкость на напряжение. Получим показатель: Ватт*часы. По аналогии с лампочкой выяснили то, что данный аккумулятор может отдать мощность в 10.8Вт в течение 1 часа.
Соответственно, попробуем применить это значение на практике: есть контроллер 350Вт (условимся, что это максимальная потребляемая мощность) . Тогда для 1 часа езды на максимальном мощности нам нужна батарея на 350Втч.
А дальше, исходя из конкретных напряжения и тока, можно создавать конфигурацию батареи

[i]

Начинание хорошее, поддерживаю. 
Но, не все тут складно, на мой взгляд.
Например параметр С не емкость(Ач), а ток(А), численно равный емкости.
Например емкость моих ячеек 10Ач , значит ток 1С будет 10А, 0.5С=5А и т.д.
Разряд (или заряд) батареи любой емкости током 5С займет  1/5 часа или 12 минут. 10С - 6 минут.

[VitaliyS]

..точнее даже сказать токоотдача.

[xdforce]

Про C -- понял, сейчас поправлю! Тему постараюсь поддерживать и дополнять по мере изучения информации. Следующим шагом будет рассказать про ватт часы