Mga baterya. Mga halimbawa ng pagkalkula

Ang mga baterya ay electrochemical current sources na, pagkatapos ng discharge, ay maaaring ma-charge gamit ang electric current na kinuha mula sa isang charger. Kapag ang charging current ay dumadaloy sa baterya, ang electrolysis ay nangyayari, bilang isang resulta kung saan ang mga kemikal na compound ay nabuo sa anode at cathode na nasa mga electrodes sa paunang operating state ng baterya.

Ang enerhiyang elektrikal, kapag na-charge sa isang baterya, ay na-convert sa isang kemikal na anyo ng enerhiya. Kapag ito ay pinalabas, ang kemikal na anyo ng enerhiya ay nagiging elektrikal. Ito ay nangangailangan ng mas maraming enerhiya upang ma-charge ang isang baterya kaysa sa maaaring makuha sa pamamagitan ng pagdiskarga nito.

Ang boltahe ng bawat cell ng lead-acid na baterya pagkatapos mag-charge ng 2.7 V ay hindi dapat bumaba sa ibaba 1.83 V kapag nag-discharge.

Ang average na boltahe ng isang nickel-iron na baterya ay 1.1 V.

Ang charging at discharging currents ng baterya ay limitado at itinakda ng manufacturer (humigit-kumulang 1 A bawat 1 dm2 ng plate).

Ang dami ng kuryente na maaaring makuha mula sa isang naka-charge na baterya ay tinatawag na ampere-hour na kapasidad ng baterya.

Ang mga baterya ay nailalarawan din sa pamamagitan ng enerhiya at kasalukuyang kahusayan.Ang pagbabalik ng enerhiya ay katumbas ng ratio ng enerhiya na natanggap sa panahon ng paglabas sa enerhiya na ginugol sa pag-charge ng baterya: ηen = Araz / Azar.

Para sa isang lead-acid na baterya ηen = 70% at para sa isang iron-nickel na baterya ηen = 50%.

Ang kasalukuyang output ay katumbas ng ratio ng dami ng kuryenteng natanggap sa panahon ng discharge sa dami ng kuryenteng natupok habang nagcha-charge: ηt = Q times / Qchar.

Ang mga lead-acid na baterya ay may ηt = 90% at mga iron-nickel na baterya ηt = 70%.

Pagkalkula ng baterya

1. Bakit ang kasalukuyang pagbabalik ng baterya ay mas malaki kaysa sa pagbabalik ng enerhiya?

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

Ang pagbabalik ng enerhiya ay katumbas ng kasalukuyang pagbabalik ηt na pinarami ng ratio ng boltahe ng paglabas sa boltahe ng pagsingil. Dahil ang ratio Uр / U3 <1, pagkatapos ay ηen <ηt.

2. Ang isang lead-acid na baterya na may boltahe na 4 V at isang kapasidad na 14 Ah ay ipinapakita sa fig. 1. Ang koneksyon ng mga plato ay ipinapakita sa fig. 2. Ang pagkonekta ng mga plate nang magkatulad ay nagpapataas ng kapasidad ng baterya. Dalawang hanay ng mga plato ay konektado sa serye upang mapataas ang boltahe.

kanin. 1. Lead-acid na baterya

kanin. 2. Pagkonekta sa mga plate ng lead-acid na baterya para sa boltahe na 4 V

Ang baterya ay sinisingil sa loob ng 10 oras na may kasalukuyang Ic = 1.5 A at na-discharge sa loob ng 20 oras na may kasalukuyang Ip = 0.7 A. Ano ang kasalukuyang kahusayan?

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. Ang baterya ay sinisingil ng kasalukuyang 0.7 A sa loob ng 5 oras. Gaano katagal ito maglalabas ng kasalukuyang 0.3 A na may kasalukuyang output ηt = 0.9 (Larawan 3)?

kanin. 3. Larawan at diagram halimbawa 3

Ang dami ng kuryenteng ginamit sa pag-charge ng baterya ay: Qz = Iz ∙ tz = 0.7 ∙ 5 = 3.5 A • h.

Ang dami ng kuryenteng Qp na inilabas sa panahon ng discharge ay kinakalkula ng formula ηt = Qp / Qz, mula sa kung saan Qp = ηt ∙ Qz = 0.9 ∙ 3.5 = 3.15 A • h.

Oras ng paglabas tp = Qp / Ip = 3.15 / 0.3 = 10.5 na oras.

4. Ang 20 Ah na baterya ay ganap na na-charge sa loob ng 10 oras mula sa AC mains sa pamamagitan ng selenium rectifier (Fig. 4). Ang positibong terminal ng rectifier ay konektado sa positibong terminal ng baterya kapag nagcha-charge. Sa anong kasalukuyang sinisingil ang baterya kung ang kasalukuyang kahusayan ηt = 90%? Sa anong kasalukuyang maaaring ma-discharge ang baterya sa loob ng 20 oras?

kanin. 4. Larawan at diagram halimbawa 4

Ang kasalukuyang nagcha-charge ng baterya ay: Ic = Q / (ηt ∙ tc) = 20 / (10 ∙ 0.9) = 2.22 A. Allowable discharge current Iр = Q / tr = 20/20 = 1 A.

5. Ang baterya ng accumulator na binubuo ng 50 mga cell ay sinisingil ng kasalukuyang 5 A. isang cell ng baterya na 2.1 V, at ang panloob na resistensya nito rvn = 0.005 Ohm. Ano ang boltahe ng baterya? Ano ang atbp. c.dapat may charge generator na may internal resistance rg = 0.1 Ohm (Fig. 5)?

kanin. 5. Larawan at diagram halimbawa 5

D. d. C. baterya ay katumbas ng: Eb = 50 ∙ 2.1 = 105 V.

Panloob na paglaban ng baterya rb = 50 ∙ 0.005 = 0.25 Ohm. D. d. S. generator ay katumbas ng kabuuan ng e. atbp. na may mga baterya at pagbaba ng boltahe sa baterya at generator: E = U + I ∙ rb + I ∙ rg = 105 + 5 ∙ 0.25 + 5 ∙ 0.1 = 106.65 V.

6. Ang baterya ng imbakan ay binubuo ng 40 mga cell na may panloob na pagtutol rvn = 0.005 Ohm at e. atbp. p. 2.1 V. Ang baterya ay sinisingil ng kasalukuyang I = 5 A mula sa generator, hal. atbp. kasamana 120 V at ang panloob na pagtutol rg = 0.12 Ohm. Tukuyin ang karagdagang resistance rd, ang kapangyarihan ng generator, ang kapaki-pakinabang na kapangyarihan ng singil, ang pagkawala ng kuryente sa karagdagang resistance rd at ang pagkawala ng kuryente sa baterya (Fig. 6).

kanin. 6. Pagkalkula ng nagtitipon

Maghanap ng karagdagang pagtutol gamit ang Ang pangalawang batas ni Kirchhoff:

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

Dahil e. atbp. c. Kapag na-charge ang baterya, ang EMF ng cell sa simula ng pag-charge ay 1.83V, pagkatapos ay sa simula ng pag-charge, na may pare-parehong karagdagang pagtutol, ang kasalukuyang ay higit sa 5A. Upang mapanatili ang patuloy na pag-charge kasalukuyang, ito ay kinakailangan upang baguhin ang karagdagang pagtutol.

Pagkawala ng kuryente sa karagdagang resistensya ∆Pd = rd ∙ I ^ 2 = 6.88 ∙ 5 ^ 2 = 6.88 ∙ 25 = 172 W.

Pagkawala ng kuryente sa generator ∆Pg = rg ∙ I ^ 2 = 0.12 ∙ 25 = 3 W.

Pagkawala ng kuryente sa panloob na resistensya ng baterya ∆Pb = 40 ∙ rvn ∙ I ^ 2 = 40 ∙ 0.005 ∙ 25 = 5 W.

Ang ibinibigay na kapangyarihan ng generator sa panlabas na circuit ay Pg = Eb ∙ I + Pd + Pb = 84 ∙ 5 + 172 + 5 = 579 W.

Kapaki-pakinabang na kapangyarihan sa pag-charge Ps = Eb ∙ I = 420 W.