Περιεχόμενο
- Υπολογισμός του ρυθμού εκφόρτισης
- Κατανόηση της χωρητικότητας της μπαταρίας
- Ηλεκτρική εξίσωση καμπύλης εκφόρτισης μπαταρίας
- Υπολογιστής εκφόρτισης μπαταρίας
- Εφαρμογές φόρτισης και εκφόρτισης πυκνωτών
Γνωρίζοντας πόσο καιρό θα διαρκέσει μια μπαταρία μπορεί να σας βοηθήσει να εξοικονομήσετε χρήματα και ενέργεια. Ο ρυθμός απόρριψης επηρεάζει τη διάρκεια ζωής μιας μπαταρίας. Οι προδιαγραφές και τα χαρακτηριστικά του τρόπου με τον οποίο τα ηλεκτρικά κυκλώματα με πηγές συσσωρευτών επιτρέπουν τη ροή ρεύματος αποτελούν τη βάση για τη δημιουργία ηλεκτρονικών και ηλεκτρονικού εξοπλισμού. Ο ρυθμός με τον οποίο το φορτίο ρέει μέσω ενός κυκλώματος εξαρτάται από το πόσο γρήγορα μπορεί μια πηγή μπαταρίας να ρεύσει μέσα από αυτό με βάση το ρυθμό απόρριψης.
Υπολογισμός του ρυθμού εκφόρτισης
Μπορείτε να χρησιμοποιήσετε το νόμο Peukerts για να καθορίσετε το ρυθμό εκφόρτισης μιας μπαταρίας. Peukerts Law είναι t = Η (C / lΗ)κ στο οποίο H είναι ο ονομαστικός χρόνος απόρριψης σε ώρες, ντο είναι η ονομαστική χωρητικότητα του ρυθμού εκφόρτισης σε ώρες ανά λεπτό (που ονομάζεται επίσης ονομασία AH amp-hour), Εγώ είναι το ρεύμα εκφόρτισης σε ενισχυτές, κ είναι η σταθερά Peukert χωρίς διαστάσεις και t είναι ο πραγματικός χρόνος απόρριψης.
Ο ονομαστικός χρόνος εκφόρτισης για μια μπαταρία είναι αυτό που οι κατασκευαστές μπαταριών βαθμολόγησαν ως χρόνο εκφόρτισης για μια μπαταρία. Ο αριθμός αυτός συνήθως δίνεται με τον αριθμό των ωρών κατά τις οποίες πραγματοποιήθηκε η χρέωση.
Η σταθερά Peukert κυμαίνεται γενικά από 1,1 έως 1,3. Για τις μπαταρίες απορροφητικού γυαλιού (AGM) ο αριθμός είναι συνήθως μεταξύ 1,05 και 1,15. Μπορεί να κυμαίνεται από 1,1 έως 1,25 για μπαταρίες γέλης και μπορεί γενικά να είναι 1,2 έως 1,6 για πλημμυρισμένες μπαταρίες. Το BatteryStuff.com διαθέτει μια αριθμομηχανή για τον προσδιορισμό της σταθεράς Peukert. Εάν δεν θέλετε να το χρησιμοποιήσετε, μπορείτε να κάνετε μια εκτίμηση της σταθεράς Peukert βάσει του σχεδιασμού της μπαταρίας σας.
Για να χρησιμοποιήσετε την αριθμομηχανή, πρέπει να γνωρίζετε τη βαθμολογία AH για την μπαταρία καθώς και την ώρα στην οποία έχει ληφθεί η βαθμολογία AH. Χρειάζεστε δύο ομάδες αυτών των δύο αξιολογήσεων. Ο υπολογιστής υπολογίζει επίσης τις ακραίες θερμοκρασίες στις οποίες λειτουργεί η μπαταρία και την ηλικία της μπαταρίας. Η ηλεκτρονική αριθμομηχανή στη συνέχεια σας λέει τη σταθερά Peukert με βάση αυτές τις τιμές.
Ο υπολογιστής σας επιτρέπει επίσης να του πείτε το ρεύμα όταν είναι συνδεδεμένο σε ένα ηλεκτρικό φορτίο, έτσι ώστε η αριθμομηχανή να μπορεί να καθορίσει την ικανότητα για το δεδομένο ηλεκτρικό φορτίο καθώς και το χρόνο εκτέλεσης για να διατηρήσει ένα επίπεδο εκκένωσης με ασφάλεια στο 50%. Με τις μεταβλητές αυτής της εξίσωσης στο μυαλό, μπορείτε να αναδιατάξετε την εξίσωση για να πάρετε I χ t = C (C / IH)k-1 για να αποκτήσετε το προϊόν I x t ως τρέχων χρόνος χρόνου, ή το ρυθμό απόρριψης. Αυτή είναι η νέα βαθμολογία AH που μπορείτε να υπολογίσετε.
Κατανόηση της χωρητικότητας της μπαταρίας
Ο ρυθμός απόρριψης σας παρέχει το σημείο εκκίνησης για τον προσδιορισμό της χωρητικότητας μιας μπαταρίας που είναι απαραίτητη για την εκτέλεση διαφόρων ηλεκτρικών συσκευών. Το προϊόν I x t είναι η χρέωση Q, σε κυλίνδρους, που εκπέμπονται από την μπαταρία. Οι μηχανικοί συνήθως προτιμούν να χρησιμοποιούν ώρες ωρών για να μετρήσουν την ταχύτητα εκφόρτισης χρησιμοποιώντας το χρόνο t σε ώρες και ρεύμα Εγώ σε ενισχυτές.
Από αυτό, μπορείτε να καταλάβετε την χωρητικότητα της μπαταρίας χρησιμοποιώντας τιμές όπως οι watt-ώρες (Wh) που μετρούν τη χωρητικότητα της μπαταρίας ή εκφορτίζουν την ενέργεια σε όρους watt, μιας μονάδας ισχύος. Οι μηχανικοί χρησιμοποιούν το διάγραμμα Ragone για να αξιολογήσουν την χωρητικότητα των μπαταριών νικελίου και λιθίου σε watt-ώρες. Τα γραφήματα Ragone δείχνουν πως η ισχύς εκφόρτισης (σε watts) πέφτει καθώς αυξάνεται η ενέργεια εκκένωσης (Wh). Τα οικόπεδα παρουσιάζουν αυτή την αντίστροφη σχέση μεταξύ των δύο μεταβλητών.
Αυτά τα οικόπεδα σας επιτρέπουν να χρησιμοποιείτε τη χημεία των μπαταριών για να μετράτε τον ρυθμό τροφοδοσίας και εκφόρτισης διαφόρων τύπων μπαταριών, όπως το φωσφορικό λίθιο-σίδηρο (LFP), το οξείδιο του λιθίου-μαγνησίου (LMO) και το κοβάλτιο μαγγανίου-μαγγανίου (NMC).
Ηλεκτρική εξίσωση καμπύλης εκφόρτισης μπαταρίας
Η εξίσωση της καμπύλης αποφόρτισης της μπαταρίας που βρίσκεται κάτω από αυτά τα διαγράμματα σας επιτρέπει να καθορίσετε το χρόνο λειτουργίας μιας μπαταρίας βρίσκοντας την αντίστροφη κλίση της γραμμής. Αυτό λειτουργεί επειδή οι μονάδες watt-hour διαιρούμενοι με watt σας δίνουν ώρες χρόνου εκτέλεσης. Κάνοντας αυτές τις έννοιες σε μορφή εξίσωσης, μπορείτε να γράψετε E = C x Vavg για ενέργεια μι σε watt-ώρες, χωρητικότητα σε ώρες ανά λεπτό ντο και Vavg μέση τάση της εκφόρτισης.
Οι ώρες ρεύματος παρέχουν έναν βολικό τρόπο μετατροπής από την ενέργεια απόρριψης σε άλλες μορφές ενέργειας, επειδή ο πολλαπλασιασμός των watt-ωρών κατά 3600 για να πάρει watt-δευτερόλεπτα σας δίνει την ενέργεια σε μονάδες joules. Τα ζεύγη χρησιμοποιούνται συχνά σε άλλους τομείς της φυσικής και της χημείας, όπως η θερμική ενέργεια και η θερμότητα για τη θερμοδυναμική ή η ενέργεια του φωτός στη φυσική λέιζερ.
Μερικές άλλες διάφορες μετρήσεις είναι χρήσιμες μαζί με το ρυθμό απόρριψης. Οι μηχανικοί επίσης μετρούν την ικανότητα ισχύος σε μονάδες ντο, η οποία είναι η χωρητικότητα amp-hour διαιρούμενη ακριβώς μία ώρα. Μπορείτε επίσης να μετατρέψετε απευθείας από βατ σε ενισχυτές γνωρίζοντας αυτό P = I x V για ισχύ Π σε βατ, ρεύμα Εγώ σε ενισχυτές και τάση V σε βολτ για μια μπαταρία.
Για παράδειγμα, μια μπαταρία 4 V με βαθμολογία 2 amp-hour έχει χωρητικότητα watt-hour 2 Wh. Αυτή η μέτρηση σημαίνει ότι μπορείτε να τραβήξετε το ρεύμα στα 2 αμπέρ για μία ώρα ή μπορείτε να σχεδιάσετε ένα ρεύμα σε έναν ενισχυτή για δύο ώρες. Η σχέση μεταξύ ρεύματος και χρόνου εξαρτάται και από την άλλη, όπως δίνεται από την βαθμολογία amp-hour.
Υπολογιστής εκφόρτισης μπαταρίας
Χρησιμοποιώντας μια αριθμομηχανή απαλλαγής μπαταρίας μπορεί να σας δώσει μια βαθύτερη κατανόηση του τρόπου με τον οποίο τα διαφορετικά υλικά της μπαταρίας επηρεάζουν την ταχύτητα εκφόρτισης Οι μπαταρίες άνθρακα-ψευδαργύρου, αλκαλίου και μολύβδου οξέος γενικά μειώνουν την αποδοτικότητα όταν εκφορτίζονται πολύ γρήγορα. Ο υπολογισμός του ρυθμού απόρριψης σας επιτρέπει να το ποσοτικοποιήσετε.
Η εκφόρτιση μιας μπαταρίας σας παρέχει μεθόδους υπολογισμού άλλων τιμών όπως η χωρητικότητα και η σταθερά ρυθμού εκφόρτισης. Για μια δεδομένη φόρτιση που εκπέμπεται από μια μπαταρία, η χωρητικότητα της μπαταρίας (δεν πρέπει να συγχέεται με την χωρητικότητα, όπως αναφέρθηκε προηγουμένως) ντο δίνεται από C = Q / V για μια δεδομένη τάση V_. Η χωρητικότητα, μετρούμενη σε φάρες, μετρά την ικανότητα της μπαταρίας να αποθηκεύει τη φόρτιση._
Ένας πυκνωτής διατεταγμένος σε σειρά με αντίσταση μπορεί να σας αφήσει να υπολογίσετε το προϊόν της χωρητικότητας και της αντίστασης του κυκλώματος που σας δίνει τη σταθερά χρόνου τ ως τ = RC. Η σταθερά χρόνου αυτής της διάταξης κυκλώματος σας λέει το χρόνο που χρειάζεται ο πυκνωτής να καταναλώσει περίπου το 46,8% της φόρτισης του όταν εκφορτίζεται μέσω ενός κυκλώματος. Η χρονική σταθερά είναι επίσης η απόκριση των κυκλωμάτων σε μια είσοδο σταθερής τάσης, έτσι ώστε οι μηχανικοί χρησιμοποιούν συχνά τη χρονική σταθερά ως συχνότητα διακοπής για ένα κύκλωμα
Εφαρμογές φόρτισης και εκφόρτισης πυκνωτών
Όταν ένας πυκνωτής ή μπαταρία φορτίζει ή εκφορτώνει, μπορείτε να δημιουργήσετε πολλές εφαρμογές στην ηλεκτροτεχνία. Οι λαμπτήρες φλας ή οι λαμπτήρες δημιουργούν έντονες εκρήξεις λευκού φωτός για σύντομες χρονικές περιόδους από έναν πολωμένο ηλεκτρολυτικό πυκνωτή. Αυτοί είναι πυκνωτές που έχουν μια θετικά φορτισμένη άνοδο η οποία οξειδώνεται σχηματίζοντας ένα μονωτικό μέταλλο ως μέσο αποθήκευσης και παραγωγής φορτίου.
Το φως της λάμπας προέρχεται από τα ηλεκτρόδια των φανών που είναι συνδεδεμένα σε έναν πυκνωτή με μεγάλη τάση ώστε να μπορούν να χρησιμοποιηθούν για φωτογράφηση με φλας σε κάμερες. Αυτές συνήθως κατασκευάζονται με μετασχηματιστή βημάτων και ανορθωτή. Το αέριο σε αυτούς τους λαμπτήρες αντιστέκεται στην ηλεκτρική ενέργεια, έτσι ώστε η λάμπα να μην εκτελεί ηλεκτρική ενέργεια μέχρι να εκφορτιστεί ο πυκνωτής.
Εκτός από τις απλές μπαταρίες, ο ρυθμός εκφόρτισης βρίσκει χρήση σε πυκνωτές ρυθμιστικών ισχύος. Αυτά τα κλιματιστικά συστήματα προστατεύουν τα ηλεκτρονικά από τις υπερτάσεις στην τάση και την εργασία ρεύματος εξαλείφοντας τις ηλεκτρομαγνητικές παρεμβολές (EMI) και τις παρεμβολές ραδιοσυχνοτήτων (RFI). Κάνουν αυτό μέσω ενός συστήματος αντίστασης και ενός πυκνωτή στον οποίο ο ρυθμός συμπύκνωσης φορτίου και εκφόρτισης των πυκνωτών εμποδίζει την εμφάνιση αιχμών τάσης.