Baterijos. Skaičiavimo pavyzdžiai

Baterijos yra elektrocheminiai srovės šaltiniai, kuriuos išsikrovus galima įkrauti naudojant elektros srovę, paimamą iš įkroviklio. Kai akumuliatoriuje teka įkrovimo srovė, vyksta elektrolizė, dėl kurios ant anodo ir katodo susidaro cheminiai junginiai, kurie buvo ant elektrodų pradinėje akumuliatoriaus veikimo būsenoje.

Elektros energija, kai įkraunama akumuliatoriuje, paverčiama chemine energijos forma. Kai ji išsikrauna, cheminė energijos forma tampa elektrine. Akumuliatoriui įkrauti reikia daugiau energijos, nei galima gauti jį iškraunant.

Kiekvienos švino rūgšties akumuliatoriaus elemento įtampa po 2,7 V įkrovimo iškraunant neturėtų nukristi žemiau 1,83 V.

Nikelio ir geležies akumuliatoriaus vidutinė įtampa yra 1,1 V.

Akumuliatoriaus įkrovimo ir iškrovimo srovės yra ribojamos ir nustatytos gamintojo (maždaug 1 A 1 dm2 plokštės).

Elektros kiekis, kurį galima pasisavinti iš įkrauto akumuliatoriaus, vadinamas akumuliatoriaus talpa ampervalandėmis.

Baterijos taip pat pasižymi energijos ir srovės efektyvumu.Energijos grąža yra lygi energijos, gautos iškrovimo metu, ir energijos, sunaudotos įkraunant akumuliatorių, santykiui: ηen = Araz / Azar.

Švino rūgšties akumuliatoriui ηen = 70%, o geležies-nikelio akumuliatoriui ηen = 50%.

Srovės išeiga lygi iškrovimo metu gauto elektros kiekio ir įkrovimo metu suvartoto elektros kiekio santykiui: ηt = Q kartai / Qchar.

Švino rūgšties baterijos turi ηt = 90%, o geležies-nikelio baterijos ηt = 70%.

Baterijos skaičiavimas

1. Kodėl dabartinė akumuliatoriaus grąža yra didesnė už energijos grąžą?

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

Energijos grąža yra lygi srovės grąžinimui ηt, padaugintam iš iškrovos įtampos ir įkrovimo įtampos santykio. Kadangi santykis Uр / U3 <1, tai ηen <ηt.

2. 4 V įtampos ir 14 Ah talpos švino rūgšties akumuliatorius parodytas fig. 1. Plokščių sujungimas parodytas pav. 2. Lygiagrečiai sujungus plokštes, padidėja akumuliatoriaus talpa. Norėdami padidinti įtampą, nuosekliai sujungti du plokščių rinkiniai.

Ryžiai. 1. Švino rūgšties akumuliatorius

Ryžiai. 2. Švino rūgšties akumuliatoriaus plokščių prijungimas 4 V įtampai

Akumuliatorius įkraunamas per 10 valandų esant Ic = 1,5 A srovei ir iškraunamas per 20 valandų, kai srovė yra Ip = 0,7 A. Koks yra srovės efektyvumas?

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. Akumuliatorius kraunamas 0,7 A srove 5 valandas. Kiek laiko jis išsikraus 0,3 A srove, kai srovės išėjimas ηt = 0,9 (3 pav.)?

Ryžiai. 3. Paveikslas ir diagrama, pavyzdžiui, 3

Akumuliatoriui įkrauti sunaudojama: Qz = Iz ∙ tz = 0,7 ∙ 5 = 3,5 A • h.

Iškrovimo metu išsiskiriantis elektros kiekis Qp apskaičiuojamas pagal formulę ηt = Qp / Qz, iš kur Qp = ηt ∙ Qz = 0,9 ∙ 3,5 = 3,15 A • h.

Iškrovos laikas tp = Qp / Ip = 3,15 / 0,3 = 10,5 valandos.

4. 20 Ah baterija buvo pilnai įkrauta per 10 valandų iš kintamosios srovės tinklo per seleninį lygintuvą (4 pav.). Teigiamas lygintuvo gnybtas yra prijungtas prie teigiamo akumuliatoriaus gnybto įkrovimo metu. Kokia srove įkraunamas akumuliatorius, jei srovės efektyvumas ηt = 90%? Su kokia srove baterija gali išsikrauti per 20 valandų?

Ryžiai. 4. Paveikslas ir diagrama, pavyzdžiui, 4

Akumuliatoriaus įkrovimo srovė yra: Ic = Q / (ηt ∙ tc) = 20 / (10 ∙ 0,9) = 2,22 A. Leidžiama iškrovos srovė Iр = Q / tr = 20/20 = 1 A.

5. Akumuliatoriaus baterija, susidedanti iš 50 elementų, įkraunama 5 A srove. vienas baterijos elementas 2,1 V, o jo vidinė varža rvn = 0,005 Ohm. Kokia yra akumuliatoriaus įtampa? Kas yra ir tt c) turi turėti įkrovos generatorių, kurio vidinė varža rg = 0,1 Ohm (5 pav.)?

Ryžiai. 5. Paveikslas ir diagrama, pavyzdžiui, 5

D. d. C. baterija yra lygi: Eb = 50 ∙ 2,1 = 105 V.

Akumuliatoriaus vidinė varža rb = 50 ∙ 0,005 = 0,25 Ohm. D. d. S. generatorius yra lygus e sumai. ir tt su akumuliatoriais ir akumuliatoriaus bei generatoriaus įtampos kritimu: E = U + I ∙ rb + I ∙ rg = 105 + 5 ∙ 0,25 + 5 ∙ 0,1 = 106,65 V.

6. Akumuliatorius susideda iš 40 elementų, kurių vidinė varža rvn = 0,005 Ohm ir e. ir tt P. 2,1 V. Akumuliatorius kraunamas I = 5 A srove iš generatoriaus, pvz. ir tt sukuri yra 120 V, o vidinė varža rg = 0,12 Ohm. Nustatykite papildomą varžą rd, generatoriaus galią, naudingąją įkrovos galią, galios nuostolius papildomoje varžoje rd ir galios nuostolius akumuliatoriuje (6 pav.).

Ryžiai. 6. Akumuliatoriaus skaičiavimas

Raskite papildomą pasipriešinimą naudodami Antrasis Kirchhoffo dėsnis:

Pvz. = 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 omo…

Kadangi el. c.Kai akumuliatorius įkraunamas, elemento EMF įkrovimo pradžioje yra 1,83V, tada įkrovimo pradžioje, esant pastoviai papildomai varžai, srovė bus didesnė nei 5 A. Siekiant išlaikyti nuolatinį įkrovimą srovė, būtina keisti papildomą varžą.

Papildomos varžos galios praradimas ∆Pd = rd ∙ I ^ 2 = 6,88 ∙ 5 ^ 2 = 6,88 ∙ 25 = 172 W.

Galios nuostoliai generatoriuje ∆Pg = rg ∙ I ^ 2 = 0,12 ∙ 25 = 3 W.

Akumuliatoriaus vidinės varžos galios praradimas ∆Pb = 40 ∙ rvn ∙ I ^ 2 = 40 ∙ 0,005 ∙ 25 = 5 W.

Generatoriaus į išorinę grandinę tiekiama galia yra Pg = Eb ∙ I + Pd + Pb = 84 ∙ 5 + 172 + 5 = 579 W.

Naudinga įkrovimo galia Ps = Eb ∙ I = 420 W.