Saber quanto tempo uma bateria deve durar pode ajudar a economizar dinheiro e energia. A taxa de descarga afeta a vida útil de uma bateria. As especificações e características de como os circuitos elétricos com fontes de bateria permitem o fluxo de corrente são a base para a criação de equipamentos eletrônicos e eletrônicos. A taxa na qual a carga flui através de um circuito depende da rapidez com que uma fonte de bateria pode enviar corrente através dele com base em sua taxa de descarga.
Calculando a taxa de descarga
Você pode usar a lei de Peukert para determinar a taxa de descarga de uma bateria. Lei de Peukert é
t = H \ bigg (\ frac {C} {IH} \ bigg) ^ k
no qualHé o tempo de descarga nominal em horas,Cé a capacidade nominal da taxa de descarga em amp-hora (também chamada de classificação AH amp-hora),eué a corrente de descarga em amperes,ké a constante de Peukert sem dimensões eté o tempo de descarga real.
O tempo de descarga nominal de uma bateria é o que os fabricantes classificaram como o tempo de descarga de uma bateria. Esse número geralmente é fornecido com o número de horas em que a taxa foi calculada.
A constante de Peukert geralmente varia de 1,1 a 1,3. Para baterias Absorbent Glass Mat (AGM), o número é geralmente entre 1,05 e 1,15. Pode variar de 1,1 a 1,25 para baterias de gel e geralmente pode ser de 1,2 a 1,6 para baterias inundadas. BatteryStuff.com tem um calculadora para determinar a constante de Peukert. Se você não quiser usá-lo, você pode fazer uma estimativa da constante de Peukert com base no design de sua bateria.
Para usar a calculadora, você precisa saber a classificação AH da bateria, bem como a classificação por hora em que a classificação AH foi obtida. Você precisa de dois conjuntos dessas duas classificações. A calculadora também leva em consideração as temperaturas extremas em que a bateria opera e a idade da bateria. A calculadora on-line informa a constante de Peukert com base nesses valores.
A calculadora também permite que você informe a corrente quando conectada a uma carga elétrica para que a calculadora possa determinar a capacidade para a carga elétrica fornecida, bem como o tempo de execução para manter um nível de descarga com segurança em 50%. Com as variáveis desta equação em mente, você pode reorganizar a equação para obter
It = C \ bigg (\ frac {C} {IH} \ bigg) ^ {k-1}
para obter o produtoIstocomo o tempo atual ou a taxa de descarga. Esta é a nova classificação AH que você pode calcular.
Compreendendo a capacidade da bateria
A taxa de descarga fornece o ponto de partida para determinar a capacidade de uma bateria necessária para operar vários dispositivos elétricos. O produtoIstoé a cargaQ,em coulombs, desprendido pela bateria. Os engenheiros geralmente preferem usar amperes-hora para medir a taxa de descarga usando o tempotem horas e correnteeuem amperes.
A partir disso, você pode entender a capacidade da bateria usando valores como watt-hora (Wh), que medem a capacidade da bateria ou descarregam energia em termos de watt, uma unidade de potência. Os engenheiros usam o gráfico de Ragone para avaliar a capacidade em watts-hora de baterias feitas de níquel e lítio. Os gráficos de Ragone mostram como a potência de descarga (em watts) diminui à medida que a energia de descarga (Wh) aumenta. Os gráficos mostram essa relação inversa entre as duas variáveis.
Esses gráficos permitem que você use a química da bateria para medir a potência e a taxa de descarga de diferentes tipos de baterias incluindo fosfato de lítio-ferro (LFP), óxido de lítio-magnanês (LMO) e níquel-manganês cobalto (NMC).
Equação da curva de descarga da bateria
A equação da curva de descarga da bateria subjacente a esses gráficos permite determinar o tempo de execução de uma bateria encontrando a inclinação inversa da linha. Isso funciona porque as unidades de watt-hora divididas por watt fornecem horas de autonomia. Colocando esses conceitos em forma de equação, você pode escreverE = C x Vmédiapara energiaEem watt-hora, capacidade em ampere-horaCeVmédiatensão média da descarga.
Os watts-hora fornecem uma maneira conveniente de converter a energia de descarga em outras formas de energia, porque multiplicar os watts-hora por 3600 para obter os watts-segundos fornece a energia em unidades de joules. Joules são freqüentemente usados em outras áreas da física e química, como energia térmica e calor para a termodinâmica ou a energia da luz na física do laser.
Algumas outras medições diversas são úteis junto com a taxa de descarga. Os engenheiros também medem a capacidade de potência em unidades deC, que é a capacidade de amp-hora dividida precisamente por uma hora. Você também pode converter diretamente de watts em amplificadores, sabendo queP = I x Vpara poderPem watts, correnteeuem amperes e voltagemVem volts para uma bateria.
Por exemplo, uma bateria de 4 V com uma classificação de 2 amperes-hora tem uma capacidade watt-hora de 2 Wh. Esta medição significa que você pode desenhar a corrente em 2 amperes por uma hora ou você pode desenhar uma corrente em um único amplificador por dois horas. A relação entre a corrente e o tempo dependem uma da outra, conforme fornecido pela classificação de ampere-hora.
Calculadora de descarga de bateria
O uso de uma calculadora de descarga da bateria pode fornecer uma compreensão mais profunda de como os diferentes materiais da bateria afetam a taxa de descarga. As baterias de zinco-carbono, alcalinas e de chumbo-ácido geralmente perdem a eficiência quando descarregam muito rapidamente. O cálculo da taxa de descarga permite quantificar isso.
A descarga de uma bateria fornece métodos de cálculo de outros valores, como capacitância e a constante da taxa de descarga. Para uma determinada carga emitida por uma bateria, a capacitância da bateria (não deve ser confundida com a capacidade, conforme discutido anteriormente)CÉ dado porC = Q / Vpara uma dada tensão V.A capacitância, medida em farads, mede a capacidade da bateria de armazenar carga.
Um capacitor disposto em série com um resistor pode permitir que você calcule o produto da capacitância e da resistência do circuito que fornece a constante de tempo τ como τ = RC. A constante de tempo desse arranjo de circuito informa o tempo que leva para o capacitor consumir cerca de 46,8% de sua carga ao descarregar através de um circuito. A constante de tempo também é a resposta do circuito a uma entrada de tensão constante, então os engenheiros frequentemente usam a constante de tempo como uma frequência de corte para um circuito
Aplicações de carga e descarga de capacitores
Quando um capacitor ou bateria carrega ou descarrega, você pode criar muitas aplicações em engenharia elétrica. As lâmpadas ou flashtubes produzem intensos rajadas de luz branca por curtos períodos de tempo a partir de um capacitor eletrolítico polarizado. São capacitores que possuem um ânodo com carga positiva que se oxida formando um metal isolante como meio de armazenamento e produção de carga.
A luz da lâmpada vem dos eletrodos da lâmpada conectados a um capacitor com grande tensão para que possam ser usados para fotografia com flash em câmeras. Normalmente são feitos com um transformador elevador e um retificador. O gás nessas lâmpadas resiste à eletricidade, então a lâmpada não conduz eletricidade até que o capacitor descarregue.
Além de baterias simples, a taxa de descarga encontra uso em capacitores de condicionadores de energia. Esses condicionadores protegem os componentes eletrônicos de picos de tensão e corrente, eliminando a interferência eletromagnética (EMI) e a interferência de radiofrequência (RFI). Eles fazem isso por meio de um sistema de um resistor e um capacitor no qual a taxa de carga e descarga do capacitor evita a ocorrência de picos de tensão.