Электроника и электрооборудование транспортных и транспортно-технологических машин
Задание 1. Временные характеристики стартерных аккумуляторных батарей
Рассчитать и построить временные характеристики аккумуляторной батареи при токе разряда I = 3C20.
1.1. Рассчитать внутреннее сопротивление АКБ.
1.2. Определить напряжения начала разряда.
1.3. Рассчитать и построить зависимость времени разряда АКБ от температуры.
1.4. Рассчитать и построить временные характеристики батареи при различных температурах.
Исходные данные :
Таблица 1.1
№ варианта |
Тип аккумуляторной батареи |
Степень разреженности электролита, % |
Температура электролита батареи, ?С |
Плотность электролита , кг/м3 |
|||||
+25 |
0 |
-35 |
|||||||
16 |
6СТ-90ЭМС |
25 |
+25 |
0 |
-35 |
1270 |
1280 |
1300 |
Таблица 1.2
Тип АКБ |
Число пластин |
S, м2 10-4 |
hЭ, м 10-2 |
lЭ, м 10-2 |
д+, м 10-2 |
д-, м 10-2 |
дС, м 10-2 |
дТ, м 10-2 |
дСТ,м 10-2 |
Kм, |
|
6СТ-90ЭМС |
6/7 |
191 |
13,35 |
14,3 |
0,230 |
0,19 |
0,15 |
0,075 |
0,04 |
3,0 |
За напряжение начала разряда принято напряжение на 10-ой секунде после включения батареи на разряд, которое определяется по формуле:
где - ЭДС батареи, В; - ЭДС поляризации, В; - ток разряда батареи, А; - сопротивление АКБ при разряде, Ом.
Рис. 1. Временная характеристика АКБ.
С достаточной точностью можно определить ЭДС батареи по следующей формуле:
где - число последовательно соединенных аккумуляторов в АКБ; - плотность электролита при 15оС, кг/м3; - степень разреженности батареи.
При температуре +25оС:
При температуре 0оС:
При температуре -35оС:
Определим ток разряда по формуле:
Вычисляем удельное сопротивление электролита с достаточной точностью по формуле:
где - температура электролита.
При температуре +25оС:
При температуре 0оС:
При температуре -35оС:
ЭДС поляризации зависит от тока разряда и температуры электролита и определяется по формуле:
где - число пластин в аккумуляторе; - прощадь одной пластины, м2.
При температуре +25оС:
При температуре 0оС:
При температуре -35оС:
Сопротивление АКБ является суммой сопротивлений:
где - сопротивление электролита; - сопротивление сепараторов; - сопротивление активной массы, решеток, полюсных мостов, выводных штерей и перемычек; объединунных таким понятием как «сопротивление металлических частей».
Сопротивление электролита определяется по формуле:
где - толщина сеператора, м; - толщина тела сепаратора, м; - толщина стекловолокна, м.
При температуре +25оС:
При температуре 0оС:
При температуре -35оС:
Сопротивление сепараторов определяется по формуле:
где - коэффициент, зависящий от пористости, диаметра и конфигурации пор сепаратора. Материал сепаратора - мипласт, .
При температуре +25оС:
При температуре 0оС:
При температуре -35оС:
Сопротивление металлических частей равно:
где - коэффициент, зависящий от способа соединения аккумуляторов в батарею, в нашеи случае 3,0; - высота и ширина пластины, м; и - толщина положительной и отрицательной пластины; и - число положительных и отрицательных пластин в аккумуляторе.
При температуре +25оС:
При температуре 0оС:
При температуре -35оС:
Сопротивление аккумуляторной батареи будет равно:
При температуре +25оС:
При температуре 0оС:
При температуре -35оС:
За напряжение начала разряда принято напряжение на 10-ой секунде после включения батареи на разряд, которое определится как.
При температуре +25оС:
При температуре 0оС:
При температуре -35оС:
Напряжение конца и начала разряда определяется в основном температурой электролита и плотностью разрядного тока. Между ними существует следующая связь:
При температуре +25оС:
При температуре 0оС:
При температуре -30оС:
Для построения временной характеристики необходимо также знать время, в течение которого аккумуляторная батарея разряжается до .
Продолжительность разряда с учетом влияния температуры электролита определяется по формуле:
При температуре +25оС:
При температуре 0оС:
При температуре -35оС:
В общем виде зависимость уравнения от продолжительности разряда описывается уравнением:
Рис. 2. Временные характеристики стартерных батарей.
Задание 2. Расчет вольт - амперных характеристик стартерных аккумуляторных батарей
Рассчитать и построить ВАХ аккумуляторной батареи.
2.1. Рассчитать ВАХ полностью заряженной аккумуляторной батареи для температуры +25оС.
2.2. Рассчитать для этой же АКБ вольт - амперные характеристики с учетом заданной степени разреженности и температуры электролита.
2.3. Определить по ВАХ напряжение АКБ при токе 3C20 и токе разряда батареи при напряжении 7,2 В.
Исходные данные:
Таблица 2.1
Тип аккумуляторной батареи |
Число положительных пластин |
Степень разреженности батареи, % |
Температура электролита батареи, оС |
|||
6СТ-90 |
6 |
25 |
+25 |
0 |
-35 |
Значение и коэффициента для полностью заряженнных АКБ на первой попытке пуска:
Таблица 2.2
Тип аккумуляторной батареи |
Ток замыкания при 0 оС, А |
Коэффициент |
||
от -40 оС до 0 оС |
от 0 оС до +40 оС |
|||
6СТ-90 |
222 |
4,0 |
1,7 |
Значение коэффициента в зависимости от температуры электролита и степени разреженности батареи:
Таблица 2.3
, % |
Коэффициент при температуре электролита, оС |
|||
-35 |
0 |
+25 |
||
25 |
0,35 |
0,56 |
0,86 |
Значение коэффициента при токе разряда 35C20 равно 2,5, считая, что двигатель карбюраторный.
Значение коэффициента в зависимости от температуры электролита при разреженности батареи.
Таблица 2.4
Температура электролита, оС |
-35 |
0 |
|
коэффициент , А/с |
0,3 |
1,2 |
Число 10-секундных попыток запуска принимаем равным . Продолжительность попытки пуска .
Рис. 5. ВАХ аккумуляторной батареи.
Значение условного начального разрядного напряжения может быть найдено по формуле:
При температуре +25оС:
При температуре 0оС:
При температуре -35оС:
Определяем условный ток короткого замыкания, приходящийся на один положительный электрод (пластину):
При температуре +25оС:
При температуре 0оС:
При температуре -35оС:
Условный ток короткого замыкания батареи:
При температуре +25оС:
При температуре 0оС:
При температуре -35оС:
Определим внутреннее сопротивление батареи:
При температуре +25оС:
При температуре 0оС:
При температуре -35оС
Определим максимальную полезную мощность:
При температуре +25оС:
При температуре 0оС:
При температуре -35оС:
Рис. 3. ВАХ аккумуляторной батареи.
Напряжение АКБ при токе 3C20 и токе разряда батареи при напряжении 7,2В.
Таблица 2.5
Температура |
-35оС |
0оС |
+25оС |
|
При |
9,11В |
10,099 В |
10,269 В |
|
При |
391,5 А |
1024 А |
1236 А |