Πώς να υπολογίσετε το ποσοστό αποφόρτισης μπαταρίας

Η γνώση της διάρκειας μιας μπαταρίας μπορεί να σας εξοικονομήσει χρήματα και ενέργεια. Ο ρυθμός εκφόρτισης επηρεάζει τη διάρκεια ζωής μιας μπαταρίας. Οι προδιαγραφές και τα χαρακτηριστικά του τρόπου με τον οποίο τα ηλεκτρικά κυκλώματα με πηγές μπαταρίας επιτρέπουν τη ροή ρεύματος είναι η βάση για τη δημιουργία ηλεκτρονικών και ηλεκτρονικών εξοπλισμών. Ο ρυθμός με τον οποίο η φόρτιση ρέει μέσω ενός κυκλώματος εξαρτάται από το πόσο γρήγορα μια πηγή μπαταρίας μπορεί να στείλει ρεύμα μέσω αυτής βάσει του ρυθμού εκφόρτισης.

Μπορείτε να χρησιμοποιήσετε το νόμο της Peukert για να προσδιορίσετε το ποσοστό αποφόρτισης μιας μπαταρίας. Ο νόμος του Peukert είναι

στο οποίοΗείναι ο ονομαστικός χρόνος απόρριψης σε ώρες,ντοείναι η ονομαστική χωρητικότητα του ποσοστού εκφόρτισης σε amp-ώρες (ονομάζεται επίσης βαθμολογία AH amp-hour),Εγώείναι το ρεύμα εκφόρτισης σε ενισχυτές,κείναι η σταθερά Peukert χωρίς διαστάσεις καιτείναι ο πραγματικός χρόνος εκφόρτισης.

Ο ονομαστικός χρόνος εκφόρτισης για μια μπαταρία είναι αυτός που οι κατασκευαστές μπαταριών έχουν αξιολογήσει ως χρόνος εκφόρτισης μιας μπαταρίας. Αυτός ο αριθμός δίνεται συνήθως με τον αριθμό των ωρών κατά τις οποίες λήφθηκε το ποσοστό.

Η σταθερά Peukert κυμαίνεται γενικά από 1,1 έως 1,3. Για μπαταρίες Absorbent Glass Mat (AGM), ο αριθμός είναι συνήθως μεταξύ 1,05 και 1,15. Μπορεί να κυμαίνεται από 1,1 έως 1,25 για μπαταρίες γέλης, και γενικά μπορεί να είναι 1,2 έως 1,6 για μπαταρίες που έχουν πλημμυρίσει. Το BatteryStuff.com έχει ένα αριθμομηχανή για τον προσδιορισμό της σταθεράς Peukert. Εάν δεν θέλετε να το χρησιμοποιήσετε, μπορείτε να κάνετε μια εκτίμηση της σταθεράς Peukert με βάση τη σχεδίαση της μπαταρίας σας.

Για να χρησιμοποιήσετε την αριθμομηχανή, πρέπει να γνωρίζετε την βαθμολογία AH για την μπαταρία, καθώς και την βαθμολογία ώρας κατά την οποία λήφθηκε η βαθμολογία AH. Χρειάζεστε δύο σύνολα από αυτές τις δύο βαθμολογίες. Η αριθμομηχανή αντιπροσωπεύει επίσης ακραίες θερμοκρασίες στις οποίες λειτουργεί η μπαταρία και την ηλικία της μπαταρίας. Στη συνέχεια, η ηλεκτρονική αριθμομηχανή σας λέει τη σταθερά Peukert βάσει αυτών των τιμών.

Η αριθμομηχανή σάς επιτρέπει επίσης να το πείτε το ρεύμα όταν είναι συνδεδεμένο σε ένα ηλεκτρικό φορτίο, ώστε ο υπολογιστής να μπορεί προσδιορίστε τη χωρητικότητα για το δεδομένο ηλεκτρικό φορτίο καθώς και το χρόνο εκτέλεσης για να διατηρήσετε το επίπεδο εκφόρτισης με ασφάλεια 50%. Λαμβάνοντας υπόψη τις μεταβλητές αυτής της εξίσωσης, μπορείτε να αναδιατάξετε την εξίσωση για να λάβετε

για να πάρετε το προϊόνΤοως τρέχουσα ώρα, ή το ποσοστό απαλλαγής Αυτή είναι η νέα βαθμολογία AH που μπορείτε να υπολογίσετε.

Ο ρυθμός εκφόρτισης σάς παρέχει το σημείο εκκίνησης για τον προσδιορισμό της χωρητικότητας μιας μπαταρίας που απαιτείται για την εκτέλεση διαφόρων ηλεκτρικών συσκευών. Το προϊόνΤοείναι η χρέωσηΕ,σε coulombs, που εκπέμπεται από την μπαταρία. Οι μηχανικοί προτιμούν συνήθως να χρησιμοποιούν amp-ώρες για να μετρήσουν το ρυθμό εκφόρτισης χρησιμοποιώντας χρόνοτσε ώρες και τρέχονΕγώσε ενισχυτές.

Από αυτό, μπορείτε να κατανοήσετε τη χωρητικότητα της μπαταρίας χρησιμοποιώντας τιμές όπως watt-hour (Wh) που μετρούν την χωρητικότητα της μπαταρίας ή την ενέργεια εκφόρτισης σε όρους watt, μια μονάδα ισχύος. Οι μηχανικοί χρησιμοποιούν την πλοκή Ragone για να αξιολογήσουν τη χωρητικότητα των μπαταριών από watt-hour από νικέλιο και λίθιο. Τα γραφήματα Ragone δείχνουν πώς η ισχύς εκφόρτισης (σε watt) πέφτει καθώς αυξάνεται η ενέργεια εκφόρτισης (Wh). Τα γραφήματα δείχνουν αυτήν την αντίστροφη σχέση μεταξύ των δύο μεταβλητών.

Αυτές οι γραφικές παραστάσεις σας επιτρέπουν να χρησιμοποιήσετε τη χημεία της μπαταρίας για να μετρήσετε την ισχύ και το ρυθμό εκφόρτισης διαφόρων τύπων μπαταρίες συμπεριλαμβανομένων φωσφορικού λιθίου-σιδήρου (LFP), οξειδίου λιθίου-μαγνησίου (LMO) και κοβαλτίου νικελίου μαγγανίου (NMC).

Η εξίσωση της καμπύλης αποφόρτισης της μπαταρίας που βρίσκεται κάτω από αυτές τις γραφικές παραστάσεις σας επιτρέπει να προσδιορίσετε τον χρόνο λειτουργίας μιας μπαταρίας εντοπίζοντας την αντίστροφη κλίση της γραμμής. Αυτό λειτουργεί επειδή οι μονάδες watt-hour διαιρούμενες με watt σας δίνουν ώρες του χρόνου εκτέλεσης. Βάζοντας αυτές τις έννοιες σε μορφή εξίσωσης, μπορείτε να γράψετεΕ = C x V_{μέσος όρος}για ενέργειαμισε watt-ώρες, χωρητικότητα σε amp-ώρεςντοκαιΒ_{μέσος όρος}μέση τάση εκφόρτισης.

Οι ώρες Watt παρέχουν έναν βολικό τρόπο μετατροπής από ενέργεια εκφόρτισης σε άλλες μορφές ενέργειας, επειδή ο πολλαπλασιασμός των ωρών-ωρών με 3600 για τη λήψη watt-δευτερολέπτων σας δίνει την ενέργεια σε μονάδες joules. Τα Joules χρησιμοποιούνται συχνά σε άλλους τομείς της φυσικής και της χημείας, όπως η θερμική ενέργεια και η θερμότητα για θερμοδυναμική ή η ενέργεια του φωτός στη φυσική λέιζερ.

Μερικές άλλες διάφορες μετρήσεις είναι χρήσιμες παράλληλα με το ποσοστό εκφόρτισης. Οι μηχανικοί μετρούν επίσης την ικανότητα ισχύος σε μονάδεςντο, η οποία είναι η χωρητικότητα amp-hour διαιρεμένη ακριβώς με μία ώρα. Μπορείτε επίσης να μετατρέψετε απευθείας από βατ σε ενισχυτές γνωρίζοντας ότιP = I x Vγια δύναμηΠσε watt, ρεύμαΕγώσε ενισχυτές και τάσηΒσε βολτ για 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 σχεδιάσετε το ρεύμα στα 2 amp για μία ώρα ή μπορείτε να σχεδιάσετε ένα ρεύμα σε ένα μόνο ενισχυτή για δύο ώρες. Η σχέση μεταξύ του τρέχοντος και του χρόνου εξαρτώνται το ένα από το άλλο, όπως φαίνεται από την βαθμολογία amp-hour.

Χρησιμοποιώντας μια αριθμομηχανή αποφόρτισης μπαταρίας, μπορείτε να κατανοήσετε βαθύτερα τον τρόπο με τον οποίο τα διαφορετικά υλικά της μπαταρίας επηρεάζουν το ρυθμό εκφόρτισης. Οι μπαταρίες άνθρακα-ψευδαργύρου, αλκαλικού και μολύβδου οξέος γενικά μειώνουν την απόδοση όταν εκφορτίζονται πολύ γρήγορα. Ο υπολογισμός του ποσοστού απαλλαγής σας επιτρέπει να το ποσοτικοποιήσετε.

Η εκφόρτιση μιας μπαταρίας σάς παρέχει μεθόδους υπολογισμού άλλων τιμών όπως η χωρητικότητα και η σταθερά του ρυθμού εκφόρτισης. Για μια δεδομένη φόρτιση που εκπέμπεται από μια μπαταρία, η χωρητικότητα της μπαταρίας (δεν πρέπει να συγχέεται με την χωρητικότητα, όπως συζητήθηκε προηγουμένως)ντοδίνεται απόC = Q / Vγια μια δεδομένη τάση V.Η χωρητικότητα, μετρούμενη σε farads, μετρά την ικανότητα της μπαταρίας να αποθηκεύει φόρτιση.​

Ένας πυκνωτής τοποθετημένος σε σειρά με αντίσταση μπορεί να σας επιτρέψει 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 τον χρόνο που χρειάζεται για να καταναλώσει ο πυκνωτής περίπου το 46,8% της φόρτισης του κατά την εκφόρτιση μέσω κυκλώματος. Η σταθερά χρόνου είναι επίσης η απόκριση του κυκλώματος σε μια είσοδο σταθερής τάσης, έτσι οι μηχανικοί χρησιμοποιούν συχνά τη σταθερά χρόνου ως συχνότητα διακοπής για ένα κύκλωμα

Όταν ένας πυκνωτής ή μια μπαταρία φορτίζει ή αποφορτίζει, μπορείτε να δημιουργήσετε πολλές εφαρμογές στην ηλεκτρολογία. Οι λαμπτήρες ή οι λυχνίες flash παράγουν έντονες εκρήξεις λευκού φωτός για μικρές χρονικές περιόδους από έναν πολωμένο ηλεκτρολυτικό πυκνωτή. Αυτοί είναι πυκνωτές που έχουν θετικά φορτισμένη άνοδο που οξειδώνεται σχηματίζοντας ένα μονωτικό μέταλλο ως μέσο αποθήκευσης και παραγωγής φορτίου.

Το φως της λάμπας προέρχεται από τα ηλεκτρόδια της λάμπας που συνδέονται με έναν πυκνωτή με μεγάλη ποσότητα τάσης, ώστε να μπορούν να χρησιμοποιηθούν για φωτογράφηση σε κάμερες. Συνήθως κατασκευάζονται με μετασχηματιστή και ανορθωτή. Το αέριο σε αυτούς τους λαμπτήρες αντιστέκεται στην ηλεκτρική ενέργεια, οπότε ο λαμπτήρας δεν θα μεταφέρει ηλεκτρισμό έως ότου εκφορτιστεί ο πυκνωτής.

Εκτός από τις απλές μπαταρίες, ο ρυθμός εκφόρτισης χρησιμοποιείται στους πυκνωτές των κλιματιστικών ισχύος. Αυτά τα κλιματιστικά προστατεύουν τα ηλεκτρονικά από υπερτάσεις τάσης και ρεύματος, εξαλείφοντας τις ηλεκτρομαγνητικές παρεμβολές (EMI) και τις παρεμβολές ραδιοσυχνοτήτων (RFI). Αυτό το κάνουν μέσω ενός συστήματος αντίστασης και πυκνωτή στο οποίο ο ρυθμός φόρτισης και εκφόρτισης του πυκνωτή αποτρέπει την εμφάνιση αιχμών τάσης.