Baterai. Contoh perhitungan

Baterai adalah sumber arus elektrokimia yang, setelah habis, dapat diisi menggunakan arus listrik yang diambil dari pengisi daya. Ketika arus pengisian mengalir dalam baterai, terjadi elektrolisis, akibatnya senyawa kimia terbentuk pada anoda dan katoda yang berada pada elektroda pada keadaan operasi awal baterai.

Energi listrik, ketika diisi dalam baterai, diubah menjadi bentuk energi kimia. Ketika habis, bentuk energi kimia menjadi listrik. Dibutuhkan lebih banyak energi untuk mengisi baterai daripada yang dapat diperoleh dengan mengosongkannya.

Tegangan setiap sel baterai timbal-asam setelah pengisian daya 2,7 V tidak boleh turun di bawah 1,83 V saat pemakaian.

Tegangan rata-rata baterai nikel-besi adalah 1,1 V.

Arus pengisian dan pengosongan baterai dibatasi dan diatur oleh pabrikan (kira-kira 1 A per 1 dm2 pelat).

Jumlah listrik yang dapat diambil dari baterai yang diisi disebut kapasitas ampere-jam baterai.

Baterai juga dicirikan oleh efisiensi energi dan arus.Pengembalian energi sama dengan rasio energi yang diterima selama pengosongan terhadap energi yang dihabiskan untuk mengisi baterai: ηen = Araz / Azar.

Untuk baterai timbal-asam ηen = 70% dan untuk baterai besi-nikel ηen = 50%.

Keluaran arus sama dengan rasio jumlah listrik yang diterima selama pengosongan dengan jumlah listrik yang dikonsumsi selama pengisian: ηt = Q kali / Qchar.

Baterai timbal-asam memiliki ηt = 90% dan baterai besi-nikel ηt = 70%.

Perhitungan baterai

1. Mengapa pengembalian baterai saat ini lebih besar daripada pengembalian energi?

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

Pengembalian energi sama dengan pengembalian arus ηt dikalikan dengan rasio tegangan pelepasan ke tegangan muatan. Karena rasio Uр / U3 <1, maka ηen <ηt.

2. Baterai timbal-asam dengan tegangan 4 V dan kapasitas 14 Ah ditunjukkan pada gambar. 1. Sambungan pelat ditunjukkan pada gambar. 2. Menghubungkan pelat secara paralel meningkatkan kapasitas baterai. Dua set pelat dihubungkan secara seri untuk meningkatkan tegangan.

Beras. 1. Baterai timbal-asam

Beras. 2. Menghubungkan pelat baterai timbal-asam untuk tegangan 4 V

Baterai diisi dalam 10 jam dengan arus Ic = 1,5 A dan habis dalam 20 jam dengan arus Ip = 0,7 A. Berapakah efisiensi arus?

Qp = Ip ∙ tp = 0,7 ∙ 20 = 14 A • jam; Qz = Iz ∙ tz = 1,5 ∙ 10 = 15 A • jam; ηt = Qp / Qz = 14/15 = 0,933 = 93%.

3. Baterai diisi dengan arus 0,7 A selama 5 jam. Berapa lama akan dibuang dengan arus 0,3 A dengan arus keluaran ηt = 0,9 (Gbr. 3)?

Beras. 3. Gambar dan diagram contoh 3

Banyaknya listrik yang digunakan untuk mengisi baterai adalah: Qz = Iz ∙ tz = 0,7 ∙ 5 = 3,5 A • h.

Jumlah listrik Qp yang dilepaskan selama pelepasan dihitung dengan rumus ηt = Qp / Qz, dari mana Qp = ηt ∙ Qz = 0,9 ∙ 3,5 = 3,15 A • h.

Waktu pengosongan tp = Qp / Ip = 3,15 / 0,3 = 10,5 jam.

4. Baterai 20 Ah terisi penuh dalam waktu 10 jam dari listrik AC melalui penyearah selenium (Gbr. 4). Terminal positif penyearah terhubung ke terminal positif baterai saat mengisi daya. Dengan arus berapa baterai diisi jika efisiensi arus ηt = 90%? Dengan arus berapa baterai dapat habis dalam waktu 20 jam?

Beras. 4. Gambar dan diagram contoh 4

Arus pengisian baterai adalah: Ic = Q / (ηt ∙ tc) = 20 / (10 ∙ 0,9) = 2,22 A. Arus pelepasan yang diijinkan Iр = Q / tr = 20/20 = 1 A.

5. Sebuah baterai akumulator yang terdiri dari 50 sel diisi dengan arus 5 A. satu sel baterai 2,1 V, dan resistansi dalamnya rvn = 0,005 Ohm. Berapa voltase baterai? Apa dll. c. harus memiliki generator muatan dengan resistansi internal rg = 0,1 Ohm (Gbr. 5)?

Beras. 5. Gambar dan diagram contoh 5

D. d. C. baterai sama dengan: Eb = 50 ∙ 2.1 = 105 V.

Resistansi internal baterai rb = 50 ∙ 0,005 = 0,25 Ohm. D. d. S. generator sama dengan jumlah e. dll. dengan baterai dan penurunan tegangan baterai dan generator: E = U + I ∙ rb + I ∙ rg = 105 + 5 ∙ 0,25 + 5 ∙ 0,1 = 106,65 V.

6. Baterai penyimpanan terdiri dari 40 sel dengan resistansi internal rvn = 0,005 Ohm dan e. dll. hal 2.1 V. Baterai diisi dengan arus I = 5 A dari generator, mis. dll. denganyaitu 120 V dan hambatan dalam rg = 0,12 Ohm. Tentukan resistansi tambahan rd, daya generator, daya yang berguna dari muatan, daya yang hilang pada resistansi tambahan rd dan daya yang hilang pada baterai (Gbr. 6).

Beras. 6. Perhitungan akumulator

Temukan resistensi tambahan menggunakan hukum kedua Kirchhoff:

Misal = 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 …

Sejak e.dll. c. Ketika baterai diisi, EMF sel pada awal pengisian adalah 1.83V, kemudian pada awal pengisian, dengan resistansi tambahan yang konstan, arus akan lebih dari 5A. Untuk menjaga pengisian konstan saat ini, perlu untuk mengubah resistansi tambahan.

Rugi daya pada tahanan tambahan ∆Pd = rd ∙ I ^ 2 = 6.88 ∙ 5 ^ 2 = 6.88 ∙ 25 = 172 W.

Rugi daya di generator ∆Pg = rg ∙ I ^ 2 = 0,12 ∙ 25 = 3 W.

Kehilangan daya pada resistansi internal baterai ∆Pb = 40 ∙ rvn ∙ I ^ 2 = 40 ∙ 0,005 ∙ 25 = 5 W.

Daya yang disuplai generator ke rangkaian eksternal adalah Pg = Eb ∙ I + Pd + Pb = 84 ∙ 5 + 172 + 5 = 579 W.

Daya pengisian yang berguna Ps = Eb ∙ I = 420 W.