Saber cuánto debe durar una batería puede ayudarlo a ahorrar dinero y energía. La tasa de descarga afecta la vida útil de una batería. Las especificaciones y características de cómo los circuitos eléctricos con fuentes de batería permiten que la corriente fluya son la base para la creación de equipos electrónicos y relacionados con la electrónica. La velocidad a la que la carga fluye a través de un circuito depende de la rapidez con la que una fuente de batería puede enviar corriente a través de ella en función de su velocidad de descarga.
Cálculo de la tasa de descarga
Puede utilizar la ley de Peukert para determinar la tasa de descarga de una batería. La ley de Peukert es
t = H \ bigg (\ frac {C} {IH} \ bigg) ^ k
en el cualHes el tiempo de descarga nominal en horas,Ces la capacidad nominal de la tasa de descarga en amperios-hora (también llamada clasificación AH amperios-hora),Ies la corriente de descarga en amperios,kes la constante de Peukert sin dimensiones ytes el tiempo de descarga real.
El tiempo de descarga nominal de una batería es lo que los fabricantes de baterías han calificado como el tiempo de descarga de una batería. Este número generalmente se da con la cantidad de horas a las que se tomó la tasa.
La constante de Peukert generalmente varía de 1,1 a 1,3. Para las baterías de estera de vidrio absorbente (AGM), el número suele estar entre 1,05 y 1,15. Puede oscilar entre 1,1 y 1,25 para las baterías de gel y, por lo general, puede ser de 1,2 a 1,6 para las baterías inundadas. BatteryStuff.com tiene un calculadora para determinar la constante de Peukert. Si no desea utilizarlo, puede hacer una estimación de la constante de Peukert en función del diseño de su batería.
Para usar la calculadora, debe conocer la clasificación AH de la batería, así como la clasificación de horas en la que se tomó la clasificación AH. Necesita dos conjuntos de estas dos clasificaciones. La calculadora también tiene en cuenta las temperaturas extremas a las que funciona la batería y la antigüedad de la batería. La calculadora en línea le indica la constante de Peukert basada en estos valores.
La calculadora también le permite decirle la corriente cuando está conectada a una carga eléctrica para que la calculadora pueda determinar la capacidad para la carga eléctrica dada, así como el tiempo de ejecución para mantener un nivel de descarga de forma segura en 50%. Con las variables de esta ecuación en mente, puede reorganizar la ecuación para obtener
Es = C \ bigg (\ frac {C} {IH} \ bigg) ^ {k-1}
para conseguir el productoEsocomo tiempo actual, o la tasa de descarga. Esta es la nueva clasificación AH que puede calcular.
Comprensión de la capacidad de la batería
La tasa de descarga le proporciona el punto de partida para determinar la capacidad de una batería necesaria para hacer funcionar varios dispositivos eléctricos. El productoEsoes el cargoQ,en culombios, emitidos por la batería. Los ingenieros generalmente prefieren usar amperios-hora para medir la tasa de descarga usando el tiempoten horas y corrienteIen amperios.
A partir de esto, puede comprender la capacidad de la batería utilizando valores como vatios-hora (Wh) que miden la capacidad de la batería o descargan energía en términos de vatios, una unidad de potencia. Los ingenieros utilizan el gráfico de Ragone para evaluar la capacidad en vatios-hora de las baterías hechas de níquel y litio. Los gráficos de Ragone muestran cómo la potencia de descarga (en vatios) disminuye a medida que aumenta la energía de descarga (Wh). Los gráficos muestran esta relación inversa entre las dos variables.
Estos gráficos le permiten usar la química de la batería para medir la potencia y la tasa de descarga de diferentes tipos de baterías que incluyen fosfato de litio y hierro (LFP), óxido de litio y magnesio (LMO) y níquel, manganeso y cobalto (NMC).
Ecuación de la curva de descarga de la batería
La ecuación de la curva de descarga de la batería que subyace a estos gráficos le permite determinar el tiempo de ejecución de una batería al encontrar la pendiente inversa de la línea. Esto funciona porque las unidades de vatios-hora divididas por vatios le dan horas de tiempo de ejecución. Poniendo estos conceptos en forma de ecuación, puedes escribirE = C x VpromedioPor energíamien vatios-hora, capacidad en amperios-horaCyVpromediovoltaje medio de la descarga.
Los vatios-hora proporcionan una manera conveniente de convertir de energía de descarga a otras formas de energía porque multiplicar los vatios-hora por 3600 para obtener vatios-segundos le da la energía en unidades de julios. Los julios se utilizan con frecuencia en otras áreas de la física y la química, como la energía térmica y el calor para la termodinámica o la energía de la luz en la física del láser.
Algunas otras medidas diversas son útiles junto con la tasa de descarga. Los ingenieros también miden la capacidad de potencia en unidades deC, que es la capacidad en amperios-hora dividida exactamente por una hora. También puede convertir directamente de vatios a amperios sabiendo queP = yo x Vpor poderPAGen vatios, corrienteIen amperios y voltajeVen voltios para una batería.
Por ejemplo, una batería de 4 V con una clasificación de 2 amperios-hora tiene una capacidad de vatios-hora de 2 Wh. Esta medida significa que puede consumir la corriente a 2 amperios durante una hora o puede consumir una corriente a un solo amperio durante dos horas. La relación entre la corriente y el tiempo dependen la una de la otra, según la clasificación de amperios-hora.
Calculadora de descarga de batería
El uso de una calculadora de descarga de batería puede brindarle una comprensión más profunda de cómo los diferentes materiales de la batería afectan la tasa de descarga. Las baterías de carbono-zinc, alcalinas y de plomo-ácido generalmente disminuyen su eficiencia cuando se descargan demasiado rápido. El cálculo de la tasa de descarga le permite cuantificar esto.
La descarga de una batería le proporciona métodos para calcular otros valores, como la capacitancia y la constante de velocidad de descarga. Para una carga dada emitida por una batería, la capacitancia de la batería (no debe confundirse con la capacidad, como se discutió anteriormente)Ces dado porC = Q / Vpara un voltaje dado V.La capacitancia, medida en faradios, mide la capacidad de la batería para almacenar carga..
Un condensador dispuesto en serie con una resistencia puede permitirle calcular el producto de la capacitancia y la resistencia del circuito que le da la constante de tiempo τ como τ = RC. La constante de tiempo de esta disposición de circuito le indica el tiempo que tarda el condensador en consumir aproximadamente el 46,8% de su carga cuando se descarga a través de un circuito. La constante de tiempo también es la respuesta del circuito a una entrada de voltaje constante, por lo que los ingenieros utilizan con frecuencia la constante de tiempo como frecuencia de corte para un circuito.
Aplicaciones de carga y descarga de condensadores
Cuando un condensador o una batería se carga o descarga, puede crear muchas aplicaciones en ingeniería eléctrica. Las lámparas de destellos o tubos de destellos producen intensas ráfagas de luz blanca durante cortos períodos de tiempo desde un condensador electrolítico polarizado. Estos son condensadores que tienen un ánodo cargado positivamente que se oxida formando un metal aislante como medio de almacenamiento y producción de carga.
La luz de la lámpara proviene de los electrodos de la lámpara conectados a un condensador con una gran cantidad de voltaje para que puedan usarse para fotografía con flash en cámaras. Por lo general, se fabrican con un transformador elevador y un rectificador. El gas de estas lámparas resiste la electricidad, por lo que la lámpara no conducirá electricidad hasta que se descargue el condensador.
Aparte de las sencillas baterías, la tasa de descarga se utiliza en los condensadores de los acondicionadores de energía. Estos acondicionadores protegen los componentes electrónicos de los aumentos de voltaje y el trabajo de corriente al eliminar la interferencia electromagnética (EMI) y la interferencia de radiofrecuencia (RFI). Lo hacen a través de un sistema de una resistencia y un condensador en el que la velocidad de carga y descarga del condensador evita que se produzcan picos de voltaje.