Вольты, амперы, омы и ватты

Закон Ома: идущий в электрической цепи (через ее участок) ток прямо пропорционален напряжению (приложенному к этому участку) и обратно пропорционален сопротивлению (участка). Ток I измеряется в амперах А, напряжение U в вольтах В, сопротивление R в омах Ом.

Итак: I = U/R и, соответственно, U = IR и R = U/I

Мощность потребителя электроэнергии в ваттах Вт получим, умножив потребляемый ток на приложенное напряжение: W = UI = I2R

Допустим, к батарее на 12В подключен стояночный круговой огонь с лампочкой накаливания мощностью 10 Вт. Лампочка будет потреблять ток 10/12 = 0,83А, для сведения — ее сопротивление 12/0,83 = 14,5Ом.

Сопротивление имеют не только потребители энергии, но и батарея, тоже являющаяся частью электрической цепи. Применительно к источникам тока говорят об их внутреннем сопротивлении.

Запуск двигателя. Стартерная батарея, напряжение холостого хода (т.е. без нагрузки) которой было больше 12В, начинает прокручивать стартер. Ток 100 ампер. Если измерить мультиметром напряжение на клеммах батареи, оно окажется, допустим, 10,5В — как у полностью разряженной! В чем дело, куда делись полтора-два вольта? Они расходуются на преодоление внутреннего сопротивления батареи.

Сопротивление стартера (вращающегося) вместе с проводами и контактами реле в этом примере выходит 10,5/100 = 0,1 Ом, а внутреннее сопротивление батареи 1,5/100 = 0,015 Ом.

Падение напряжения на каком-либо участке цепи — это то напряжение, которое расходуется на преодоление его сопротивления. Обычно говорят о падении напряжения в проводах (а также выключателе, предохранителях и пр.), соединяющих батарею и электроприбор либо зарядное устройство. Что касается проводов, падение напряжения в них легко рассчитать по закону Ома: U=IR. В свою очередь, сопротивление провода R прямо пропорционально его длине и обратно пропорционально сечению.

Для медного провода сечением 1мм2 падение напряжения составит 0,0171 В/А*м. Умножьте эту величину на двойную длину кабеля в метрах (поскольку в длину провода войдут обе жилы) и ток, разделите на сечение в кв. мм.

Допустим, батарея соединена с генератором кабелем длиной 3 метра и сечением проводов 50мм2. При зарядном токе 100А падение напряжения составит 0,0171*6*100/50 = 0,205B. Такой будет разница напряжений на клеммах генератора и на клеммах батареи. Это недопустимо много для управления зарядкой даже обычного свинцового аккумулятора, не говоря уже о литиевом, когда счет идет на сотые доли вольта.

Что касается различных контактов, то тут все зависит от их чистоты. Для качественно выполненных чистых контактов сопротивление пренебрежимо мало, грязный (окислившийся, корродировавший) контакт будет иметь большое сопротивление, вплоть до полного разрыва цепи. Плохой контакт постепенно становится равноправным потребителем энергии: греется и в конце концов плавится или обгорает, угрожая пожаром. Такое случается и в домашней электропроводке.

Цепь контроля напряжения. Чтобы регулятор напряжения генератора или контроллер мощного зарядного устройства мог получать данные о действительной величине напряжния на заряжаемой батарее, его снабжают дополнительной контрольно-измерительной цепью: тонким проводом, подключаемым непосредственно к батарее и не несущим токовой нагрузки. Простые зарядные устройства, например, автомобильные, могут быть оснащены вполне точным цифровым вольтметром, но контрольной цепи не имеют, поэтому красивый вольтметр показывает в ходе зарядки... что-то свое.

Немного об аккумуляторах и их зарядке

Номинальная емкость аккумулятора в Ач обозначается обычно буквой С. Величины тока при заряде и разряде аккумуляторов традиционно относят к величине С. Например, разряд током 0,1С для батареи емкостью 100Ач означает ток 10А, для батареи емкостью 50Ач — 5А. Режим работы батареи с невысокой нагрузкой называют fractional C.

Заметим, что буквой С в электро- и радиотехнике обозначают также емкости, или конденсаторы.

В тексте встречаются упоминания об абсорбционной стадии зарядки. Что это такое? Рассмотрим зарядку свинцового аккумулятора. Пока его заряд невелик, реакция преобразования активной массы пластин идет в их поверхностном слое, непосредственно омываемом электролитом. При этом зарядку для экономии времени выгодно вести максимально допустимым для даного аккумулятора током (который будет расходоваться на электрохимическую реакцию, а не напрасный нагрев и электролиз воды).

Это основная (bulk, СС- constant current) стадия зарядки. По мере завершения реакции в поверхностном слое процесс перемещается в глубину пластин, и его скорость начинает ограничиваться скоростью, с которой электролит проникает в глубину активной массы. Эффект сильнее выражен для аккумуляторов глубокого разряда, имеющих толстые пластины. Поддерживать ток постоянным теперь уже нельзя: внутреннее сопротивление аккумулятора растет, напряжение сильно повысится и пойдут нагрев и электролиз, аккумулятор будет сильно "кипеть".

Современное многостадийное зарядное устройство (регулятор генератора, контроллер солнечной панели) будет уменьшать ток заряда, ограничив напряжение. Это и есть абсорбционная стадия, которая идет при постоянном напряжении (absorption, CV - constant voltage). Наконец, после абсорбционной стадии последует стадия поддерживающей зарядки (float), при которой неограниченное время будет подаваться малый ток с целью компенсации саморазряда.

Для LFP батарей весь заряд является основным, применение поддерживающего заряда выводит их из строя. Зарядные устройства должны быть настроены соответствующим образом, что и рассматривается в статье.