แบตเตอรี่. ตัวอย่างการคำนวณ

แบตเตอรี่เป็นแหล่งกระแสไฟฟ้าเคมีที่สามารถชาร์จได้หลังจากคายประจุโดยใช้กระแสไฟฟ้าที่ดึงมาจากเครื่องชาร์จ เมื่อกระแสไฟชาร์จไหลในแบตเตอรี่ อิเล็กโทรไลซิสจะเกิดขึ้น ซึ่งเป็นผลมาจากสารประกอบทางเคมีที่เกิดขึ้นบนขั้วบวกและแคโทดซึ่งอยู่บนขั้วไฟฟ้าในสถานะการทำงานเริ่มต้นของแบตเตอรี่

พลังงานไฟฟ้า เมื่อชาร์จในแบตเตอรี่ จะถูกแปลงเป็นพลังงานรูปเคมี เมื่อถูกคายประจุ พลังงานรูปแบบทางเคมีจะกลายเป็นไฟฟ้า ใช้พลังงานในการชาร์จแบตเตอรี่มากกว่าที่จะได้รับจากการคายประจุ

แรงดันไฟฟ้าของแต่ละเซลล์ของแบตเตอรี่ตะกั่วกรดหลังจากการชาร์จ 2.7 V ไม่ควรลดลงต่ำกว่า 1.83 V เมื่อทำการคายประจุ

แรงดันไฟฟ้าเฉลี่ยของแบตเตอรี่นิกเกิลเหล็กคือ 1.1 V

กระแสการชาร์จและการคายประจุของแบตเตอรี่ถูกจำกัดและกำหนดโดยผู้ผลิต (ประมาณ 1 A ต่อ 1 dm2 ของเพลต)

ปริมาณไฟฟ้าที่สามารถดึงออกมาจากแบตเตอรี่ที่ชาร์จแล้วเรียกว่าความจุแอมแปร์-ชั่วโมงของแบตเตอรี่

แบตเตอรี่ยังโดดเด่นด้วยพลังงานและประสิทธิภาพในปัจจุบันพลังงานที่ส่งคืนจะเท่ากับอัตราส่วนของพลังงานที่ได้รับระหว่างการคายประจุต่อพลังงานที่ใช้ชาร์จแบตเตอรี่: ηen = Araz / Azar

สำหรับแบตเตอรี่กรดตะกั่ว ηen = 70% และสำหรับแบตเตอรี่เหล็ก-นิกเกิล ηen = 50%

เอาต์พุตปัจจุบันเท่ากับอัตราส่วนของปริมาณไฟฟ้าที่ได้รับระหว่างการจ่ายต่อปริมาณไฟฟ้าที่ใช้ระหว่างการชาร์จ: ηt = Q ครั้ง / Qchar

แบตเตอรี่กรดตะกั่วมี ηt = 90% และแบตเตอรี่เหล็ก-นิกเกิล ηt = 70%

การคำนวณแบตเตอรี่

1. เหตุใดการคืนค่าของแบตเตอรี่ในปัจจุบันจึงมากกว่าการคืนพลังงาน

ηen = Araz / Azar = (ขึ้น ∙ Ip ∙ tp) / (Uz ∙ Iz ∙ tz) = ขึ้น / Uz ∙ ηt

พลังงานที่ส่งกลับจะเท่ากับผลตอบแทนปัจจุบัน ηt คูณด้วยอัตราส่วนของแรงดันดิสชาร์จต่อแรงดันประจุ เนื่องจากอัตราส่วน Uр / U3 <1 แล้ว ηen <ηt.

2. แบตเตอรี่กรดตะกั่วที่มีแรงดันไฟฟ้า 4 V และความจุ 14 Ah แสดงในรูปที่ 1. การเชื่อมต่อของแผ่นแสดงในรูปที่ 2. การเชื่อมต่อเพลตแบบขนานจะเพิ่มความจุของแบตเตอรี่ จานสองชุดต่ออนุกรมกันเพื่อเพิ่มแรงดันไฟ

ข้าว. 1. แบตเตอรี่ตะกั่ว-กรด

ข้าว. 2. การเชื่อมต่อแผ่นแบตเตอรี่ตะกั่วกรดสำหรับแรงดันไฟฟ้า 4 V

แบตเตอรี่ชาร์จใน 10 ชั่วโมงด้วยกระแส Ic = 1.5 A และคายประจุใน 20 ชั่วโมงด้วยกระแส Ip = 0.7 A ประสิทธิภาพปัจจุบันเป็นอย่างไร

Qp = Ip ∙ tp = 0.7 ∙ 20 = 14 A • h; Qz = Iz ∙ tz = 1.5 ∙ 10 = 15 A • h; ηt = Qp / Qz = 14/15 = 0.933 = 93%

3. ชาร์จแบตเตอรี่ด้วยกระแส 0.7 A เป็นเวลา 5 ชั่วโมง จะคายประจุด้วยกระแส 0.3 A ที่มีกระแสไฟออก ηt = 0.9 (รูปที่ 3) นานแค่ไหน?

ข้าว. 3. รูปและแผนภาพตัวอย่าง 3

ปริมาณไฟฟ้าที่ใช้ในการชาร์จแบตเตอรี่คือ Qz = Iz ∙ tz = 0.7 ∙ 5 = 3.5 A • h

ปริมาณไฟฟ้า Qp ที่ปล่อยออกมาระหว่างการคายประจุคำนวณโดยสูตร ηt = Qp / Qz โดยที่ Qp = ηt ∙ Qz = 0.9 ∙ 3.5 = 3.15 A • h

เวลาปล่อย tp = Qp / Ip = 3.15 / 0.3 = 10.5 ชั่วโมง

4. แบตเตอรี่ 20 Ah ถูกชาร์จจนเต็มภายใน 10 ชั่วโมงจากไฟ AC ผ่านตัวเรียงกระแสซีลีเนียม (รูปที่ 4) ขั้วบวกของวงจรเรียงกระแสเชื่อมต่อกับขั้วบวกของแบตเตอรี่เมื่อทำการชาร์จ แบตเตอรี่ถูกชาร์จด้วยกระแสเท่าใดหากประสิทธิภาพปัจจุบัน ηt = 90% แบตเตอรี่สามารถคายประจุด้วยกระแสเท่าใดภายใน 20 ชั่วโมง

ข้าว. 4. รูปและแผนภาพตัวอย่าง 4

กระแสชาร์จแบตเตอรี่คือ: Ic = Q / (ηt ∙ tc) = 20 / (10 ∙ 0.9) = 2.22 A. กระแสไฟที่อนุญาต Iр = Q / tr = 20/20 = 1 A.

5. แบตเตอรี่สะสมซึ่งประกอบด้วยเซลล์ 50 เซลล์ถูกชาร์จด้วยกระแส 5 A เซลล์แบตเตอรี่ 2.1 V หนึ่งเซลล์ และความต้านทานภายใน rvn = 0.005 โอห์ม แรงดันแบตเตอรี่คืออะไร? คืออะไร เป็นต้น ค. ต้องมีเครื่องกำเนิดประจุที่มีความต้านทานภายใน rg = 0.1 โอห์ม (รูปที่ 5)?

ข้าว. 5. รูปและแผนภาพตัวอย่าง 5

D.d.C. แบตเตอรี่เท่ากับ: Eb = 50 ∙ 2.1 = 105 V.

ความต้านทานภายในของแบตเตอรี่ rb = 50 ∙ 0.005 = 0.25 โอห์ม เครื่องกำเนิด D. d. S. เท่ากับผลรวมของ e เป็นต้น ด้วยแบตเตอรี่และแรงดันไฟตกในแบตเตอรี่และเครื่องกำเนิดไฟฟ้า: E = U + I ∙ rb + I ∙ rg = 105 + 5 ∙ 0.25 + 5 ∙ 0.1 = 106.65 V.

6. แบตเตอรี่สำรองประกอบด้วย 40 เซลล์ที่มีความต้านทานภายใน rvn = 0.005 Ohm และ e เป็นต้น หน้า 2.1 V. แบตเตอรี่ถูกชาร์จด้วยกระแส I = 5 A จากเครื่องกำเนิดไฟฟ้า เช่น เป็นต้น กับคือ 120 V และความต้านทานภายใน rg = 0.12 Ohm กำหนดความต้านทานเพิ่มเติม rd, พลังงานของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า, พลังงานที่มีประโยชน์ของประจุ, การสูญเสียพลังงานในความต้านทานเพิ่มเติม rd และการสูญเสียพลังงานในแบตเตอรี่ (รูปที่ 6)

ข้าว. 6. การคำนวณตัวสะสม

ค้นหาความต้านทานเพิ่มเติมโดยใช้ กฎข้อที่สองของ Kirchhoff:

เช่น = Eb + rd ∙ I + rg ∙ I + 40 ∙ rv ∙ I; rd = (เช่น-Eb-I ∙ (rg + 40 ∙ rv)) / I = (120-84-5 ∙ (0.12 + 0.2)) / 5 = 34.4 / 5 = 6.88 โอห์ม …

ตั้งแต่ จ. เป็นต้น c. เมื่อชาร์จแบตเตอรี่ EMF ของเซลล์ที่จุดเริ่มต้นของการชาร์จคือ 1.83V จากนั้นที่จุดเริ่มต้นของการชาร์จโดยมีความต้านทานเพิ่มเติมคงที่ กระแสจะมากกว่า 5A เพื่อรักษาการชาร์จให้คงที่ ปัจจุบันจำเป็นต้องเปลี่ยนความต้านทานเพิ่มเติม

กำลังสูญเสียในความต้านทานเพิ่มเติม ∆Pd = rd ∙ I ^ 2 = 6.88 ∙ 5 ^ 2 = 6.88 ∙ 25 = 172 W.

การสูญเสียพลังงานในเครื่องกำเนิดไฟฟ้า ∆Pg = rg ∙ I ^ 2 = 0.12 ∙ 25 = 3 W.

การสูญเสียพลังงานในความต้านทานภายในของแบตเตอรี่ ∆Pb = 40 ∙ rvn ∙ I ^ 2 = 40 ∙ 0.005 ∙ 25 = 5 W.

กำลังไฟฟ้าที่จ่ายให้กับวงจรภายนอกคือ Pg = Eb ∙ I + Pd + Pb = 84 ∙ 5 + 172 + 5 = 579 W

กำลังชาร์จที่มีประโยชน์ Ps = Eb ∙ I = 420 W.