Baterijas. Aprēķinu piemēri

Akumulatori ir elektroķīmiski strāvas avoti, kurus pēc izlādes var uzlādēt, izmantojot elektrisko strāvu, kas iegūta no lādētāja. Akumulatorā plūstot uzlādes strāvai, notiek elektrolīze, kuras rezultātā uz anoda un katoda veidojas ķīmiski savienojumi, kas atradās uz elektrodiem akumulatora sākotnējā darba stāvoklī.

Elektriskā enerģija, uzlādējot akumulatorā, tiek pārvērsta ķīmiskā enerģijas formā. Kad tas tiek izlādēts, enerģijas ķīmiskā forma kļūst elektriska. Akumulatora uzlāde prasa vairāk enerģijas, nekā var iegūt, to izlādējot.

Svina-skābes akumulatora katras šūnas spriegums pēc 2,7 V uzlādes nedrīkst samazināties zem 1,83 V izlādes laikā.

Niķeļa-dzelzs akumulatora vidējais spriegums ir 1,1 V.

Akumulatora uzlādes un izlādes strāvas ir ierobežotas un iestatītas no ražotāja (apmēram 1 A uz 1 dm2 plāksnes).

Elektrības daudzumu, ko var uzņemt no uzlādēta akumulatora, sauc par akumulatora jaudu ampērstundās.

Baterijas raksturo arī enerģijas un strāvas efektivitāte.Enerģijas atdeve ir vienāda ar izlādes laikā saņemtās enerģijas attiecību pret enerģiju, kas iztērēta akumulatora uzlādēšanai: ηen = Araz / Azar.

Svina-skābes akumulatoram ηen = 70% un dzelzs-niķeļa akumulatoram ηen = 50%.

Strāvas jauda ir vienāda ar izlādes laikā saņemtā elektroenerģijas daudzuma attiecību pret uzlādes laikā patērēto elektroenerģijas daudzumu: ηt = Q reizes / Qchar.

Svina-skābes akumulatoriem ir ηt = 90% un dzelzs-niķeļa akumulatoriem ηt = 70%.

Akumulatora aprēķins

1. Kāpēc akumulatora pašreizējā atdeve ir lielāka par enerģijas atdevi?

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

Enerģijas atdeve ir vienāda ar strāvas atdevi ηt, kas reizināta ar izlādes sprieguma attiecību pret uzlādes spriegumu. Tā kā attiecība Uр / U3 <1, tad ηen <ηt.

2. Svina-skābes akumulators ar spriegumu 4 V un jaudu 14 Ah ir parādīts attēlā. 1. Plākšņu savienojums parādīts att. 2. Plākšņu paralēla savienošana palielina akumulatora ietilpību. Divi plākšņu komplekti ir virknē savienoti, lai palielinātu spriegumu.

Rīsi. 1. Svina-skābes akumulators

Rīsi. 2. Svina-skābes akumulatora plākšņu pievienošana 4 V spriegumam

Akumulators tiek uzlādēts 10 stundās ar strāvu Ic = 1,5 A un izlādējies 20 stundās ar strāvu Ip = 0,7 A. Kāda ir strāvas efektivitāte?

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. Akumulators tiek uzlādēts ar strāvu 0,7 A 5 stundas. Cik ilgi tas izlādēsies ar strāvu 0,3 A ar strāvas izvadi ηt = 0,9 (3. att.)?

Rīsi. 3. Attēls un diagramma, piemēram, 3

Akumulatora uzlādei patērētais elektroenerģijas daudzums ir: Qz = Iz ∙ tz = 0,7 ∙ 5 = 3,5 A • h.

Izlādes laikā izdalītās elektroenerģijas daudzumu Qp aprēķina pēc formulas ηt = Qp / Qz, no kurienes Qp = ηt ∙ Qz = 0,9 ∙ 3,5 = 3,15 A • h.

Izlādes laiks tp = Qp / Ip = 3,15 / 0,3 = 10,5 stundas.

4. 20 Ah akumulators tika pilnībā uzlādēts 10 stundu laikā no maiņstrāvas tīkla, izmantojot selēna taisngriezi (4. att.). Uzlādes laikā taisngrieža pozitīvais spaile ir savienots ar akumulatora pozitīvo spaili. Ar kādu strāvu tiek uzlādēts akumulators, ja strāvas efektivitāte ηt = 90%? Ar kādu strāvu akumulatoru var izlādēt 20 stundu laikā?

Rīsi. 4. Attēls un diagramma, piemēram, 4

Akumulatora uzlādes strāva ir: Ic = Q / (ηt ∙ tc) = 20 / (10 ∙ 0,9) = 2,22 A. Pieļaujamā izlādes strāva Iр = Q / tr = 20/20 = 1 A.

5. Akumulatora akumulators, kas sastāv no 50 elementiem, tiek uzlādēts ar strāvu 5 A. viena akumulatora elementa 2,1 V, un tā iekšējā pretestība rvn = 0,005 Ohm. Kāds ir akumulatora spriegums? Kas ir utt. c) jābūt uzlādes ģeneratoram ar iekšējo pretestību rg = 0,1 Ohm (5. att.)?

Rīsi. 5. Attēls un diagramma, piemēram, 5

D. d. C. akumulators ir vienāds ar: Eb = 50 ∙ 2,1 = 105 V.

Akumulatora iekšējā pretestība rb = 50 ∙ 0,005 = 0,25 omi. D. d. S. ģenerators ir vienāds ar e summu. utt. ar akumulatoriem un sprieguma kritumu akumulatorā un ģeneratorā: E = U + I ∙ rb + I ∙ rg = 105 + 5 ∙ 0,25 + 5 ∙ 0,1 = 106,65 V.

6. Uzglabāšanas akumulators sastāv no 40 elementiem ar iekšējo pretestību rvn = 0,005 Ohm un e. utt. 2,1 V. Akumulators tiek uzlādēts ar strāvu I = 5 A no ģeneratora, piem. utt. arkas ir 120 V un iekšējā pretestība rg = 0,12 omi. Nosakiet papildu pretestību rd, ģeneratora jaudu, lādiņa lietderīgo jaudu, jaudas zudumu papildu pretestībā rd un jaudas zudumus akumulatorā (6. att.).

Rīsi. 6. Akumulatora aprēķins

Atrodiet papildu pretestību, izmantojot Kirhofa otrais likums:

Piem. = 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 omi …

Kopš e. utt. c.Kad akumulators ir uzlādēts,elementa EMF uzlādes sākumā ir 1,83V,tad lādēšanas sākumā ar pastāvīgu papildu pretestību strāva būs lielāka par 5A.Lai uzturētu pastāvīgu uzlādi strāva, ir nepieciešams mainīt papildu pretestību.

Jaudas zudums papildu pretestībā ∆Pd = rd ∙ I ^ 2 = 6,88 ∙ 5 ^ 2 = 6,88 ∙ 25 = 172 W.

Jaudas zudumi ģeneratorā ∆Pg = rg ∙ I ^ 2 = 0,12 ∙ 25 = 3 W.

Jaudas zudums akumulatora iekšējā pretestībā ∆Pb = 40 ∙ rvn ∙ I ^ 2 = 40 ∙ 0,005 ∙ 25 = 5 W.

Ģeneratora ārējai ķēdei pievadītā jauda ir Pg = Eb ∙ I + Pd + Pb = 84 ∙ 5 + 172 + 5 = 579 W.

Noderīgā uzlādes jauda Ps = Eb ∙ I = 420 W.