Baterie

Nicolae Guta - Baterie baterie foc - manele vechi (Lipiec 2019).

$config[ads_text] not found
Anonim

Baterie

Podstawowa energia elektryczna


Pytanie 1

Gdybym chciał zbudować wiertarkę elektryczną zasilaną bateriami, czy lepiej byłoby użyć akumulatorów pierwotnych lub akumulatorów ogniw wtórnych "# 1"> Odsłoń odpowiedź Ukryj odpowiedź

Akumulatory "wtórne" byłyby lepsze do zastosowania w takich zastosowaniach, jak wiertarki elektryczne, ponieważ byłoby to marnotrawstwem, gdyby trzeba było wyrzucać tak wiele baterii z ogniwami pierwotnymi w tempie, w jakim byłyby one "zużyte" do zasilania takiego urządzenia.

Uwagi:

Zasadniczo, celem tego pytania jest skłonienie studentów do zbadania, jaka jest różnica pomiędzy komórką podstawową a dodatkową. Umieszczanie pytania w praktycznym kontekście czyni go bardziej interesującym i wiąże się także z innymi praktycznymi problemami (ekonomia, ochrona itp.).

pytanie 2

Określ typowe "podstawowe" typy komórek, a także niektóre typowe typy komórek "drugorzędnych". Dla każdego z tych typów baterii należy określić ich standardowe napięcia wyjściowe.

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Podstawowe typy i napięcia ogniw:

• Węgiel-cynk: 1, 5 woltów
• Alkaliczne: 1, 5 V
• Lit: 1, 8 do 3, 65 V, w zależności od dokładnego składu chemicznego
• Tlenek rtęci: 1, 35 do 1, 4 wolta

Wtórne typy i napięcia ogniw:

• Kwas ołowiowy: 2, 1 wolta
• Niklowo-kadmowe: 1, 2 V
• Srebro-cynk: 1, 5 V

Pytanie uzupełniające: Jakie są niektóre z obaw związanych z bezpieczeństwem i ochroną środowiska w odniesieniu do substancji chemicznych używanych w bateriach, zarówno pierwotnych, jak i wtórnych?

Uwagi:

Rzuć wyzwanie uczniom, aby wypisali kilka typów komórek innych niż wymienione w sekcji odpowiedzi.

Uwaga: dane dotyczące typowych napięć wyjściowych ogniwa z rozdziału 20 podręcznika elektronicznego inżyniera, wydanie piąte (pod redakcją F. Mazdy).

pytanie 3

Baterie przechowują energię w postaci wiązań chemicznych między atomami. Po podłączeniu całego obwodu do zacisków akumulatora prąd zaczyna się wewnątrz akumulatora i przez obwód. Reakcje chemiczne zaczynają się wewnątrz baterii w tym samym czasie, gdy tworzy się obwód, zasilając ten prąd. Kiedy wszystkie chemikalia zostaną wyczerpane, prąd ustanie. Tak się dzieje, gdy bateria "umiera".

Wyjaśnij, co się dzieje, gdy bateria jest naładowana i jakie urządzenia elektryczne muszą być podłączone do akumulatora, aby go naładować. Bądź jak najbardziej konkretny w swojej odpowiedzi.

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Ponowne ładowanie jest odwróceniem reakcji chemicznych zachodzących podczas rozładowania akumulatora. Aby do tego doszło, pewne zewnętrzne źródło energii musi wymuszać prąd wstecz przez baterię.

Uwagi:

Ważne jest, aby zwrócić uwagę uczniów, że nie wszystkie typy baterii nadają się do ładowania, mimo że wiele "pierwotnych" ogniw może zostać odmłodzonych w niewielkim stopniu poprzez przeprowadzenie cyklu ładowania (odwrócenie prądu).

Pytanie 4

Narysuj schemat pokazujący generator prądu stałego ładujący baterię i inny schemat pokazujący baterię rozładowaną w obciążenie rezystancyjne. Pamiętaj, aby na rysunku zawierać strzałki pokazujące kierunek prądu ładowania.

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Pytanie kontrolne nr 1: jak należy porównać napięcie baterii i generatora, aby bateria miała prąd wymuszony "do tyłu" przez to "notatki ukryte"> Uwagi:

Bardzo ważne jest, aby uczniowie rozumieli kierunek przepływu prądu przez akumulator, zarówno podczas ładowania, jak i podczas rozładowywania. Pomocną perspektywą na ten temat jest myślenie o baterii jako źródle energii elektrycznej, a nie o ładunku . W jakich warunkach (ładowanie lub rozładowywanie) bateria pełni rolę źródła a ładunek?

Pytanie 5

Co przedstawia pojemność amperogodzin akumulatora chemicznego? Co to znaczy, że bateria jest oceniana na np. 150 amperogodzin?

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Amperogodzina baterii jest przybliżonym wskaźnikiem jej użytecznej żywotności na każde ładowanie.

Pytanie uzupełniające: dlaczego nie oceniać akumulatorów pod względem godzin zamiast amperogodzin? Ponieważ czas jest wartością, którą najprawdopodobniej jesteśmy zainteresowani, po co w ogóle odnosić się do prądu (wzmacniaczy)?

Uwagi:

Chociaż podstawowa koncepcja oceny amperogodzin jest prosta, ważne jest, aby zdać sobie sprawę, że rzeczywista charakterystyka rozładowania akumulatora jest bardzo nieliniowa, a zatem proste podejście "czasy wzmacniające razy godziny" może prowadzić do rażąco niedokładnych prognoz dotyczących żywotności baterii.

Pytanie 6

Jaka jest dzisiaj najlepsza technologia ogniw wtórnych pod względem energii przechowywanej na jednostkę masy?

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Nie ma sensu udzielać odpowiedzi tutaj, ponieważ zmieni się wraz z ewolucją technologii baterii. Jednak w swojej odpowiedzi musisz podać rzeczywistą wartość liczbową dla gęstości energii, w celu porównania z wynikami innych badań z kolegami z klasy!

Uwagi:

Takie pytania są fajne, ponieważ pozwalają uczniom prowadzić badania nad najnowszą technologią. Zapytaj ich, skąd zdobyli informacje na odpowiedź!

Pytanie 7

Przypuśćmy, że chcę zasilać żarówki w kabinie pilota za pomocą energii słonecznej, ładując duży bank baterii. Bank baterii musi być w stanie zasilać dziesięć 60-watowych żarówek przez osiem godzin bez doładowywania. Napięcie systemowe wynosi 115 woltów. Jak duży musi być bank baterii w całkowitych amperogodzinach?

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Wymagane jest co najmniej 41, 7 amperogodzin przy 115 woltach.

Uwagi:

Zapytaj swoich uczniów, co chcieliby polecić dla pojemności banku baterii, jeśli projektowali ten system. Czy dokładnie określiliby oni 41, 7 amperogodziny? Dlaczego lub dlaczego nie?

Pytanie 8

Załóżmy, że 12-woltowy akumulator kwasowo-ołowiowy ma rezystancję wewnętrzną 20 milisekund (20 mΩ):

Jeśli zwarcie zostało umieszczone na zaciskach tego dużego akumulatora, prąd zwarciowy byłby dość duży: 600 amperów!

Przypuśćmy teraz, że trzy z tych baterii zostały połączone bezpośrednio równolegle ze sobą:

Zmniejsz tę sieć podłączonych równolegle akumulatorów do obwodu równorzędnego Thévenina lub Nortona, a następnie obliczyć prąd zwarciowy dostępny na zaciskach "banku" trzech baterii w przypadku bezpośredniego zwarcia.

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

I fault = 1800 amperów

Pytanie uzupełniające: wyjaśnij, jakie praktyczne znaczenie ma to pytanie dla baterii połączonych równolegle, i jak twierdzenia Thévenina lub Nortona sprawiają, że pojęcie łatwiej wyjaśnić komuś innemu. Jakie problemy bezpieczeństwa mogą być spowodowane przez równoległe połączenie dużych baterii, takich jak te "notatki ukryte"> Uwagi:

Zapytaj uczniów, czy zastosowali twierdzenie Thévenina lub twierdzenie Nortona, aby rozwiązać problem prądu defektu. Poproś uczniów, aby przedstawili analizę na dwa sposoby, aby zobaczyć, która z nich jest najłatwiejsza do zrozumienia.

Pytanie 9

Ten wydajny obwód testowy akumulatora wydaje się mieć problem. Zamiast woltomierza zwisającego, gdy przełącznik testowy jest zamknięty, pozostaje on stały niezależnie od stanu przełącznika. Dzieje się tak nawet wtedy, gdy testowana bateria jest słaba:

Inne wskazówki dotyczące problemu obejmują fakt, że ustawienie rezystancji wydaje się nie mieć wpływu na wskazanie woltomierza, a także, że silnik wentylatora chłodzącego nie włącza się po naciśnięciu przełącznika.

Określ możliwe usterki w tym obwodzie, które mogą wyjaśniać wymienione tutaj objawy. Wyjaśnij także, dlaczego każda z proponowanych wad spowodowałaby obserwowane objawy.

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Możliwe usterki to uszkodzone przewody lub otwarte połączenia w następujących punktach obwodu (oznaczone "X"):

Uwaga: istnieje jeszcze jedna możliwość błędu, której tutaj nie wymienię!

Uwagi:

Przedyskutuj ten prosty obwód ze swoimi uczniami, pytając ich, jak zdiagnozowali problem i jakie możliwe usterki mogą mu zaradzić. Zachęć ich, aby zbadali więcej niż jedną możliwość w swoich diagnozach!

Na wypadek, gdyby uczeń zadał sobie pytanie, na czym polega wentylator, powiedz mu, że zapewnia on ochładzanie reostatu podczas użytkowania.

Pytanie 10

Niektóre marki akumulatorów suchych są wyposażone w wbudowany wskaźnik ładowania w formie paska termicznego wzdłuż jednej strony. Naciśnięcie dwóch białych kropek zamyka obwód, który podgrzewa pasek i wskazuje ładowanie akumulatora przez zmianę koloru.

Porównaj dokładność wskaźnika ładowania tego ogólnego projektu z użyciem woltomierza do pomiaru napięcia akumulatora w obwodzie otwartym. Która metoda pomiaru jest dokładniejszym wskaźnikiem naładowania baterii i dlaczego "# 10"> Odsłoń odpowiedź Ukryj odpowiedź

Wskaźnik naładowania taśmy termicznej jest w rzeczywistości dokładniejszym wskaźnikiem naładowania akumulatora niż test napięcia obwodu otwartego.

Pytanie dotyczące wyzwania: w przypadku braku takiego "wskaźnika naładowania" z boku baterii, jak można przeprowadzić dokładną ocenę naładowania akumulatora?

Uwagi:

To pytanie jest praktyczne, ponieważ widziałem, jak uczniowie mierzą napięcie w obwodzie otwartego akumulatora i deklarują, że jest ono "dobre", gdy kończy się okres przydatności do użycia. Nie oznacza to, że zwykły woltomierz jest bezużyteczny do określania poziomu naładowania akumulatora. Oczywiście, jeśli test napięcia obwodu otwartego daje nienormalnie niskie napięcie, wiemy, że bateria jest martwa. Pytanie brzmi, w jakich warunkach "dobry" pomiar napięcia jest niezawodnym wskaźnikiem odpowiedniego naładowania akumulatora?

Pytanie 11

Co to znaczy, że bateria lub zestaw akumulatorów otrzymuje zmienny ładunek? Co to znaczy, że bateria lub zestaw akumulatorów otrzymuje opłatę wyrównawczą ?

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Ładunek "pływający" jest bardzo niskim ładunkiem, wystarczającym do utrzymania stanu pełnego naładowania pomimo normalnych wahań obciążenia szyny zasilającej. Ładunek "wyrównywania" jest stanem przeładowania, wykonanym w celu wyrównania chemii we wszystkich ogniwach baterii.

Pytanie uzupełniające: jakościowo, przy jakim napięciu należy ustawić zasilanie, aby "unieść" baterię akumulatorów, a nie "wyrównać" baterię akumulatorów?

Uwagi:

Możliwość zidentyfikowania tego rodzaju strategii ładowania jest ważna, ponieważ wiele systemów zasilanych bateryjnie z automatycznymi ładowarkami jest zaprojektowanych tak, aby ładować w określony sposób lub mieć możliwość przełączania między różnymi trybami ładowania. Nieprawidłowe naładowanie akumulatora lub akumulatora może spowodować obniżenie wydajności i / lub skrócenie żywotności baterii.

Pytanie 12

Ważnym równaniem w przewidywaniu pojemności komórki kwasowo-ołowiowej jest formuła Peukert :

I nt = C

Gdzie,

I = Prąd rozładowania, w amperach

n = stała, w szczególności w komórce (zwykle między 1, 1 a 1, 8)

t = Czas rozładowania

C = Stały, szczególnie w stosunku do akumulatora (zmienia się w zależności od pojemności amperogodziny)

Wyjaśnij, w jaki sposób wzór Peukert odnosi się do prostszej formuły "amp-hour".

Oblicz także czas rozładowania dla baterii o wartości n równej 1, 2 i wartości C wynoszącej 200, biorąc pod uwagę prąd rozładowania 25 amperów.

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Formuła "amperogodzinna" jest liniowa, natomiast formuła Peukert nie jest (przynajmniej dla wartości n równych jedności).

Czas rozładowania dla przykładowego problemu wynosi 4, 2 godziny.

Uwagi:

Poproś jednego ze swoich uczniów, aby napisał równanie Peukert'a na tablicy przed klasą, wraz ze standardową formułą amp-hour. Oglądany obok siebie jest tylko jedna różnica między dwoma równaniami, a jest to wykładnik n.

Pytanie 13

Bateria ma zalecaną pojemność 600 amperogodzin, pobraną z testów przeprowadzonych w ciągu 8 godzin (gdzie pojemność w amp-hours = It). Według formuły Peukert'a, jaka prędkość wyładowania prądowego spowoduje całkowite rozładowanie baterii w ciągu 3 godzin (przyjąć wartość n = 1, 35)?

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

155 amperów

Uwagi:

Poproś uczniów, aby obliczyli ilość prądu przewidzianą przez "proste" równanie amplitudy dla czasu rozładowania wynoszącego 3 godziny. W ocenie uczniów, która jest bardziej realistyczną prognozą, formułą Peukert'a lub formułą amp-hour (It)?

Pytanie 14

Często powtarzanym twierdzeniem jest to, że akumulatory ołowiowo-kwasowe samorozładowują się w większym stopniu, gdy siedzą na betonowej podłodze, niż gdy są zainstalowane w samochodzie, na półce lub w innym miejscu, gdzie nie ma bezpośredniego kontaktu z powierzchnia betonowa. Czy to roszczenie jest prawdziwe, czy nie?

Zaprojektuj eksperyment, aby sprawdzić wiarygodność tego twierdzenia i zaprojektuj go w taki sposób, aby pojedynczy egzemplarz wadliwej baterii nie skręcał wyników testu.

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

To zabawny temat do dyskusji! Wykonaj swoje badania i przyjdź do czasu dyskusji przygotowanego z pomysłami, jak przetestować to roszczenie.

Uwagi:

Słyszałem to twierdzenie wiele, wiele razy, ale nie byłem jeszcze w takiej sytuacji, w której sam mógłbym to sprawdzić. Nawet gdybym to przetestował, nadal nie dałbym odpowiedzi! Jest wiele praktycznych kwestii, które należy wziąć pod uwagę podczas ustawiania i testowania baterii do samorozładowania. To pytanie stanowi doskonałą okazję do omówienia metody naukowej z uczniami, w tym zasad takich jak podwójnie ślepy test, grupy testowe i kontrolne oraz korelacja statystyczna.

  • ← Poprzedni arkusz roboczy

  • Indeks arkusza roboczego

  • Następny arkusz roboczy →