Важно: для расчета количества секций радиатора желательно брать минимальный показатель мощности секции, который прописан в техпаспорте радиатора. Дело в том, что производители обычно ориентируются на максимальную температуру в тепловой сети. Но это далеко от реальности.

Расчет секций с уточняющими коэффициентами

Комната с нетипичной геометрией, нестандартные условия эксплуатации батарей — все это мешает сделать высокоточный расчет. Но есть методика, в которой с помощью коэффициентов особенности помещения учитываются по максимуму.

Используется вот такая формула (норматив 100 Вт/м²):

где T — количество тепла, которое потребуется для обогрева,

S — площадь комнаты,

C1, C2, C3, C4, C5, C6, C7 — уточняющие коэффициенты.

«C1» учитывает оконные проемы, точнее, их тип:

• 1,27 — если окна простые, с традиционными двойными рамами;
• 1 — если окна с двойными стеклопакетами;
• 0,85 — если окна с тройными стеклопакетами.

«C2» указывает, как утеплены стены:

• 1,27 — если теплоизоляция оставляет желать лучшего;
• 1 — если стены помещения утеплены хорошо;
• 0,85 — если теплоизоляцию можно назвать идеальной.

«C3» учитывает соотношение суммарной площади окон и площади пола:

• 1,2 — при соотношении 1 к 1;
• 1,1 — если соотношение равно 40 процентам;
• 1 — при 30 процентах;
• 0,9 — при 20 процентах;
• 0,8 — при 10 процентах.

«C4» указывает на среднюю температуру на улице в самую холодную зимнюю неделю:

• 1,5 — если столбик термометра опускается до -35°С;
• 1,3 — при холодах в -25°С;
• 1,1 — для регионов, где холоднее всего это -20°С;
• 0,9 — если столбик не падает за -15°С;
• 0,7 — при самой низкой температуре -10°С.

«C5» позволяет учесть, сколько стен в помещении наружные:

• 1,1 — при только одной;
• 1,2 — если две стены наружные;
• 1,3 — при трех наружных стенах;
• 1,4 — если их четыре.

«C6» вносит корректировки по высоте потолков:

• 1 — для типовых потолков 2,5 м;
• 1,05 — когда высота равна 3 м;
• 1,1 — когда высота составляет 3,5 м;
• 1,15 — для четырехметровых потолков;
• 1,2 — для потолка высотой 4,5 м.

«C7» позволяет учесть насколько холодно или тепло в помещении выше:

• 1 — если наверху неотапливаемый чердак;
• 0,9 — если над комнатой чердак с отоплением;
• 0,8 — если выше жилое помещение с отоплением.

Теперь остается разделить полученный показатель количества тепла, в котором нуждается помещение, на мощность одной секции радиатора. В виде формулы это выглядит так:

где N — количество секций,

T — количество тепла, необходимое для обогрева рассчитываемого помещения,

P — мощность одной секции радиатора (из техпаспорта).

Пример. Есть комната 20 квадратов с трехметровым потолком в новом и добротном частном доме. Две наружные стены, три окна с современными стеклопакетами. Дом одноэтажный, находится в городе Томске.

Посчитаем, сколько секций должно быть в биметаллическом радиаторе (возьмем усредненное значение теплоотдачи). Сначала вычисляем требующееся количество тепла:

Т=100 * 20 * 0,85 * 1 * 1 * 1,5 * 1,2 * 1,05 * 1 = 3213 Вт

Делим на усредненную мощность секции:

3213/185 = 17,4.

Округляем в большую сторону, в результате получаем 18 секций радиатора.

Заключение

Каким способом воспользоваться, зависит от задачи и ситуации. Устроит приблизительная прикидка? Первый вариант позволяет ее сделать. Но очень приблизительную, и только для типового помещения.

Нужен точный расчет? Использование формул без коэффициентов даст результат достовернее, причем расчет по объему более точен. Правда, и они подходят для более-менее стандартных условий.

Если комната не типовая, условия эксплуатации теплоснабжения хоть немного отклоняются от стандарта, или нужна самая высокая точность, четвертый способ вне конкуренции. Потребуется доля усердия, чтобы значения коэффициентов соответствовали реальности, но результат того стоит.

Как правильно провести расчет количества секций радиаторов отопления по площади помещения узнайте из видео:

Точный расчет количества радиаторов (секций) отопления

Подсчитать количество необходимых секций для осуществления отопления нужной вам площади вы легко можете с помощью специального калькулятора на сайте. Стоит отметить, что данные с этого калькулятора могут быть не совсем достоверные. Наиболее точные данные для расчета можно произвести исключительно вручную с учетом каждого помещения.

Точный расчет количества радиаторов (секций) отопления

Подсчитать количество необходимых секций для осуществления отопления нужной вам площади вы легко можете с помощью специального калькулятора на сайте. Стоит отметить, что данные с этого калькулятора могут быть не совсем достоверные. Наиболее точные данные для расчета можно произвести исключительно вручную с учетом каждого помещения.

Наиболее простые способы рассчитать секции в вашем жилище.

Первый вариант. Составление данных исходя из объема необходимой комнаты.

Данный способ обозначен в СНиП и наиболее хорошо подходит для стандартного типа жилья. В основе этого способа: вы берете 41 Вт на 1 метр в кубе той площади, которую вы планируете отапливать. Чтобы правильно рассчитать и узнать сколько секций вам требуется, вы должны поделить весь объем необходимой для отопления комнаты на мощность отпаивания 1 секции. Последняя составляющая обязана быть указан в прилагаемой документации к радиатору.

Второй вариант. Расчет исходя из всей площади нужной вам комнаты.

В данном способе вы уже берете не 41, а 100 Вт мощности на 1 метр кубический нужной комнаты. Стоит заметить, что данный способ подойдет для помещений, где потолки ниже 2.5 метров. Для того, чтобы узнать сколько нужно секций для полноценного топления вашего жилого помещения, вам необходимо поделить всю площадь комнаты на мощность 1 секции. Последний параметр должен быть указан в тех. документах радиатора.

Образец того, как правильно вычислить сколько требуется секций для вашего помещения.

N=S/P*100, где:

N —  то число, которое указывает необходимое количество секций. Если число получилось нецелое, то его нужно округлить.

S — общая площадь необходимого помещения в кубических метрах.

P — Вт одной секции, то есть ее теплоотдача.

Для данного вычисления отметим несколько особенностей. К примеру, если к необходимой вам комнате еще прилегает балкон, или она располагается в угловой части здания, или есть несколько окон, то лучшим вариантом к полученному результату прибавить примерно 20 процентов. При получении дробного конечного результата, округлите итоговую цифру в большую сторону.

Стоит также отметить: данный результат подразумевает самые лучшие условия. Имеется в виду, что в вашем помещении нету иных потерь тепла, система отопления идеально и без перебоев работает, а окна и двери не допускают утечки тепла. Если брать более реалистичные условия, то вам стоит рассчитывать на большее количество необходимых секций. Также стоит отметить, что данные способы вычисления весьма условны и не берут в оборот дополнительные детали, такие как сохранения тепла окнами и толщина стен вашего жилого помещения. Данные факторы могут оказать значительное влияние и их обязательно следует учитывать при вычислениях.

Как правильно и максимально точно узнать сколько требуется секций именно для вашего типа жилья.

Варианты расчета секций, которые указывались выше больше всего подходят на стандартных квартирах с наиболее распространенными параметрами. С помощью тех простых способов получить необходимый результат для новых видов квартир и домов просто невозможно. Для более точного расчёта вам необходимо использовать данную формулу:

КТ = 100Вт/м2 * S * К1 * К2 * К3 * К4 * К5 * К6 * К7,

Основу составляет расчёт в 100 Вт на квадратный метр, однако площадь помещения в данной формуле имеет несколько дополнительных параметров о которых и пойдет речь:

K1 — параметр, который отвечает за остекление проемов окон:

двойное остекление: 1.27;

двойной стеклопакет: 1.0;

тройной стеклопакет: 0.85;

K2 — параметр, который отвечает за теплоизоляцию стен:

Плохой уровень: 1.27;

Средний уровень: 1.0;

Высокий уровень: 0.85;

K3 — параметр соотношения окна и пола в комнате:

50 процентов: 1.2;

40 процентов: 1.1;

30 процентов: 1.0;

20 процентов: 0.9;

10 процентов: 0.8;

K4 — параметр вычисления среднего уровня температуры в помещении в самую холодную неделю года:

 -35°C: 1.5;

 -25°C: 1.3;

 -20°C: 1.1;

 -15°C: 0.9;

-10°C: 0.7;

K5 — параметр корректировки тепла с соответствием количество стен снаружи:

1: 1.1;

2: 1.2;

3: 1.3;

4: 1.4;

K6 — параметр, который отвечает за учет комнаты, которая располагается выше:

Холодное: 1.0;

Отапливаемое: 1.0;

Отапливаемое жилое: 1.0;

K7 — параметр, который отвечает за высоту потолков(в метрах):

 2.5: 1.0;

 3.0: 1.05;

 3.5: 1.1;

 4.0: 1.15;

 4.5: 1.2;

Данная формула позволяет наиболее точно рассчитывать количество необходимых для отпаивания вашей комнаты секций. Чтобы узнать требуемое число секций радиаторов, поделите итоговый результат на мощность 1 секции. Последний вариант расчета учитывает многие особенности вашего помещения и позволяет наиболее точно и объективно произвести все расчёты. Для современного жилья, которое отличается от традиционных моделей лучше всего использовать именно эту формулы для расчёта, так как она учитывает многие особенности и дополнительные детали вашей системы отопления, которые могут оказать итоговое значения при конечном расчете.

как рассчитать по квадратам площади, объему, сколько формул, какие размеры батарей

Правильный расчёт количества секций радиатора — залог создания качественной системы отопления. Для этого нужно выполнить несколько вычислений. Выделяют три метода.

Секции рассчитывают по площади, объёму и с применением множества различных коэффициентов.

Какие размеры у стандартных батарей отопления?

Габариты и вместимость радиаторов зависит от материала, из которого они изготовлены.

Чугунные устройства имеют ширину 93 или 108 мм, глубину от 85 до 140 мм и высоту 588 мм.

Размеры алюминиевых батарей соответственно равны 80, 80—100 и 575—585 мм, а биметаллических — 80—82, 75—100 и 550—580 мм.

Справка. Названные величины иногда выпадают из заданных диапазонов, что обусловлено производителем.

Объём секций рассчитывают перемножением названных чисел.

Как рассчитать количество секций радиатора по квадратам площади помещения

Является наиболее простым вариантом и позволяет оценить необходимое количество секций лишь примерно. Множество исследований определили нормативную мощность для одного квадратного метра площади, что обязательно учитывают в расчёте. Во внимание также принимают климат региона: для средней полосы и юга значение составляет 60—100 Вт, а для северных районов — 150—200 Вт.

Фото 1. Расчет количества секций биметаллических и алюминиевых радиаторов в зависимости от площади.

Показатели представлены в виде диапазонов, что позволяет учесть ширину и материал стен, различные утеплители и прочее. Число выбирают в зависимости от теплопроводности строения.

Внимание! Все указанные показатели рассчитаны для комнат с высотой потолка 2,7 метра и ниже.

Количество секций определяется по формуле:

N = S * Q / P, где

• S — площадь помещения.
• Q — используемый норматив затрат.
• P — мощность одной секции.

Значение Q берут из Строительных Норм и Правил, а P — из паспорта устройства, которое планируется установить. Перемножение показателей определяет потерю тепла помещением по мере эксплуатации, а деление определяет количество секций для покрытия этой величины.

Например, произведём расчёт необходимого числа секций для угловой комнаты площадью 15 квадратных метров. Предполагается, что она расположена в кирпичном доме в центральной части страны, а радиатор обладает паспортной мощностью 140 ватт. Диапазон норматива — 60—100 Вт.

Кирпичное сооружение имеет средние потери, но нужно учесть, что комната угловая. Таким образом, предполагаемая суммарная мощность составит 15 * 90 = 1350 Вт; 1350 / 140 = 9,64.

Полученное число всегда округляют вверх, создавая запас. В заданном случае понадобится 10 секций.

Этот расчёт очень легко выполнить, но он далёк от правды, поскольку принимает высоту помещения за среднюю.

Формула расчета по объёму комнаты

Этот метод аналогичен предыдущему по принципу. Необходимы все те же величины, но площадь дополнительно умножают на высоту. Нормативы также отличаются и указаны в Строительных Нормах и Правилах. СНиП представляет множество различных материалов, хотя чаще используют значения для кирпича и панелей. Они соответственно составляет 34 и 41 ватт на 1 кубометр.

Формула для расчёта выглядит следующим образом:

N = V * Q / P, где

• V — объём помещения.
• Q — используемый норматив затрат.
• P — мощность одной секции.

Произведём расчёт для помещения, рассмотренного в предыдущем случае. Высоту потолка примем равной трём метрам:

15 * 3 * 34 = 1530 Вт;

1530 / 140 = 10,93 => 11 секций.

Таким образом, если помещение имеет нестандартную высоту потолка, как в примере, ему может понадобиться больше тепла. Вычисление по объёму гораздо точнее, чем по площади, но оно не учитывает дополнительных источников потерь — окон, теплоизоляции и прочих факторов.

Точные подсчеты: сколько коэффициентов применяется

В отличие от предыдущих методов, принимает во внимание все детали. Формула выглядит следующим образом:

Q = 100 * S * G * I * R * T * N * A * H, где

• Q — общие теплозатраты помещения.
• 100 Вт/м²— базовый коэффициент расчёта мощности.
• S — площадь обогреваемой комнаты.
• Прочие значения описаны ниже более подробно.

Наиболее важны 7 показателей, учтённых в формуле.

Коэффициент G — остекление помещения. Его принимают равным 1,25 для комнат с одиночными стеклопакетами, 1,0 с двойными и 0,8 с тройными.

I — показатель утепления стен. Малоэффективный материал характеризуется коэффициентом 1,27.

Если утепление хорошее (двойной слой кирпича или качественная теплоизоляция), значение падает до единицы. Для более устойчивых материалов показатель составит 0,82.

R — коэффициент, который отвечает за отношение площади оконных проёмов к поверхности пола. Среднее значение — 0,3, то есть площадь окон составляет 30% от пола. В этом случае R = 1. За каждый процент число соответственно изменяют на 0,01. Например, для 25% — 0,95, а для 32% — 1,02. Эта величина вариативнее остальных и имеет ограничение только снизу. Минимальный коэффициент — 0,7. Хотя площадь окон редко больше поверхности пола, это возможно, поэтому максимальный показатель отсутствует.

T — средняя температура в холодное время года. Максимальное значение составляет −10 °C, в этом случае коэффициент принимают равным 0,7. За каждый градус вниз его увеличивают на 0,04 вплоть до −25 °C, затем на 0,02 до −35 °C и, наконец, на 0,01 за каждый следующий градус.

Характерные значения T (коэффициент к температуре):

• 1,5 — −35 °C;
• 1,3 — −25 °C;
• 1,1 — −20 °C;
• 0,9 — −15 °C;
• 0,7 — −10 °C.

N — количество внешних стен помещения. Если таковых нет, величину принимают равной единице. За каждую стену, соприкасающуюся с улицей, коэффициент увеличивают на 0,1.

И также влияние оказывает комната сверху. Неотапливаемый чердак или крыша выступает в качестве внешней стены.

Отапливаемое помещение напротив, уменьшает значение на одну десятую. Если сверху другая квартира или жилой этаж частного дома, коэффициент уменьшают на 0,2. Угловая комната имеет не менее двух внешних стен, но оно требует на 5% больше теплоты. Поэтому показатель дополнительно увеличивают на 0,05.

A — тип помещения. Для жилых помещений коэффициент составляет 1,0. Комнаты с дополнительными источниками тепла, например, кухни, требуют на 20% меньше обогрева. Санузел, в частности ванная, обычно требует на 10% больше мощности от батарей. Соответственно, для этих случаев значения составят 0,8 и 1,1.

H выступает крайним по списку, но не по значимости элементом. Это высота отапливаемой комнаты. Коэффициент принимают равным единице при высоте потолка 2,5 м. За каждые 10 см значение изменяют на 0,01. Например, для 2,7 м будет 1,02, а для 3 м — 1,05.

Фото 2. Расчет количества секций радиатора в зависимости от их мощности, площади помещения и высоты потолков.

Данный метод расчёта учитывает семь факторов, способных определить количество секций батареи, необходимое для обогрева. Для получения итогового числа рассчитанную величину тепловой потери делят на паспортную мощность одной части устройства. Итоговое значение округляют строго вверх.

Выполним расчёт помещения из примера выше, но произвольно учтём все возможные факторы:

100 * 15 * 1,0 (G) * 1,0 (I) * 0,9 (R) * 1,1 (T) * 1,25 (N, угловое) * 1,0 (A, жилое) * 1,05 (H, 3 м) = 1 949,06 ватт.

1 949,06 / 140 = 13,92, соответственно понадобится 14 секций.

Этот метод вычисления наиболее точен, но позволяет создать качественную систему отопления. Она соблюдает важный фактор: обеспечивает помещение одновременно необходимым и достаточным количеством теплоты.

Полезное видео

Посмотрите видео, в котором рассказывается, как рассчитать количество секции батарей отопления.

Чем сложнее расчеты, тем точнее результат!

Среди рассмотренных вариантов можно использовать любой, но нужно учитывать их точность. Лучше определить несколько коэффициентов и учесть их в расчёте, чем получить батарею с недостатком мощности. Следует отметить, что точное вычисление можно произвести на специальном калькуляторе.

Расчет количества секций радиаторов отопления

Последовательно введите запрашиваемые значения или отметьте нужные варианты в предлагаемых списках

Установите ползунком значение площади помещения, м²

Сколько внешних стен в помещении?

однадветричетыре

В какую сторону света смотрят внешние стены

Север, Северо-Восток, ВостокЮг, Юго-Запад, Запад

Укажите степень утепленности внешних стен

Внешние стены не утепленыСредняя степень утепленияВнешние стены имеют качественное утепление

Укажите среднюю температуру воздуха в регионе в самую холодную декаду года

— 35 °С и нижеот — 25 °С до — 35 °Сдо — 20 °Сдо — 15 °Сне ниже — 10 °С

Укажите высоту потолка в помещении

до 2,7 м2,8 ÷ 3,0 м3,1 ÷ 3,5 м3,6 ÷ 4,0 мболее 4,1 м

Что располагается над помещением?

холодный чердак или неотапливаемое и не утепленное помещениеутепленные чердак или иное помещениеотапливаемое помещение

Укажите тип установленных окон

Обычные деревянные рамы с двойным остеклениемОкна с однокамерным (2 стекла) стеклопакетомОкна с двухкамерным (3 стекла) стеклопакетом или с аргоновым заполнением

Укажите количество окон в помещении

Укажите высоту окна, м

Укажите ширину окна, м

Выберите схему подключения батарей

Укажите особенности установки радиаторов

Радиатор располжен открыто на стене или не прикрыт подоконникомРадиатор полностью прикрыт сверху подоконником или полкойРадиатор установлен в стеновой нишеРадиатор частично прикрыт фронтальным декоративным экраномРадиатор полностью закрыт декоративным кожухом

Ниже будет предложено ввести паспортную мощность одной секции выбранной модели радиатора.
Если целью расчетов стоит определение потребной суммарной тепловой мощности для отопления комнаты (например, для выбора неразборных радиаторов) то оставьте поле пустым

Введите паспортную тепловую мощность одной секции выбранной модели радиатора

Цены на радиаторы отопления

радиатор отопления

Размер батареи

В этой статье дается введение в метод IEEE 485 для выбора и расчета емкости батареи.

Определения

• Рабочий цикл батареи — нагрузка (включая продолжительность), которую батарея должна обеспечивать
• размер ячейки — номинальная емкость батареи
• выравнивающий заряд — длительная зарядка с более высокой скоростью чем нормальное напряжение холостого хода
• полностью плавающий режим — работа с батареями и нагрузкой, подключенными параллельно
• период — время, в течение которого нагрузка, как ожидается, будет постоянной при расчетах размеров
• номинальная емкость — емкость аккумуляторного элемента (обычно для заданной скорости разряда и конечного напряжения ячейки)
• Свинцово-кислотная ячейка с клапаном (VRLA) — герметичная свинцово-кислотная ячейка (за исключением клапана, который открывается, когда внутреннее давление превышает внешнее давление )
• вентилируемая батарея — батарея, в которой продукты электролиза и испарения могут свободно выходить в атмосферу

Выбор батареи

Выбор физических [[батарей | батарей]] (элементов) зависит от нескольких факторов:

• Тип батареи (герметичный, вентилируемый, свинцово-кислотный , NiCad и др.)
• ожидаемый срок службы аккумулятора
• использование аккумулятора (количество циклов заряда / разряда)
• размеры и вес аккумулятора
• конструкционные материалы
• разъемы и клеммы
• окружающая среда и условия
• требования к техническому обслуживанию
• сейсмические характеристики

Ампер-час и Вт / элемент

Емкость Ач или Ампер-час — это ток, который батарея может обеспечить в течение определенного периода времени.Например, 100 Ач при напряжении C10 до конца разряда 1,75 В / элемент означает, что батарея может обеспечить 10 А в течение 10 часов до напряжения конца разряда 1,75 В на элемент.

Различные производители аккумуляторов будут использовать разные скорости Cxx в зависимости от рынка или области применения, на которую рассчитаны их аккумуляторы. Обычно используются ставки C3, C5, C8, C10 и C20. В связи с этим это важно при сравнении аккумуляторов разных производителей.

Ач используется для определения размеров батарей на основе методов постоянного [[электрического тока | тока]] и ватт / элемент на основе методов постоянной [[Электрическая мощность | мощность]].

Свинцово-кислотные батареи IEEE 485 для стационарных применений

В этом стандарте подробно описаны методы определения нагрузок постоянного тока и определения размеров свинцово-кислотных аккумуляторов для питания этих нагрузок в полностью плавающем режиме. Ниже приводится краткое описание метода, представленного в стандарте. Полное и точное описание см. В полном стандарте.

Определение нагрузки

Нагрузки классифицируются как:

• непрерывные — нагрузки присутствуют постоянно
• непостоянные — нагрузки для определенного периода
• мгновенные — нагрузки продолжительностью менее 1 минуты

Примечание: обычно при расчетах размера батареи предполагается, что мгновенные нагрузки сохраняются в течение 1 минуты.

Диаграмма рабочего цикла

Стандарт рекомендует рисовать рабочий цикл с указанием ожидаемых нагрузок (в [[амперах]] или мощности) для требуемой продолжительности времени резервного питания от батареи.

IEEE 485 Std. Рекомендуемая практика определения размеров свинцово-кислотных аккумуляторов для стационарных применений — типичный рабочий цикл

Соображения

• нагрузки и время, когда они известны, должны быть показаны
• случайные нагрузки должны быть показаны в наиболее критические моменты времени

Расчет размера батареи

Количество ячеек и напряжение ячеек — количество ячеек оценивается на основе максимального напряжения батареи и напряжения плавающего заряда:

Минимальное напряжение батареи — это минимальное напряжение системы (включая падение напряжения на кабелях).При минимальном напряжении ячейки минимальное напряжение ячейки определяется по формуле:

Температурная коррекция — при понижении температуры емкость ячейки уменьшается (и, наоборот, по мере увеличения температуры). Производители указывают емкость ячейки при данной температуре, и для других температур следует использовать соответствующие поправочные коэффициенты.

Фактор старения — производительность батареи относительно стабильна на протяжении всего срока службы, быстро снижаясь к концу.Чтобы батарея могла соответствовать требованиям к конструкции на протяжении всего срока ее службы, стандартные предложения предполагают, что начальная емкость должна составлять 125% от расчетной емкости.

Расчетный запас — для учета непредвиденных обстоятельств (повышенные нагрузки, плохое обслуживание, недавний сброс и т. Д.) Обычно допускают расчетный запас от 10% до 15%.

Методология определения размеров — требуемая емкость ячейки F _S определяется по формуле:

Где S может быть любым целым числом от 1 до N в зависимости от секции вычислено и F _S выражается в ватт-часах или ампер-часах в зависимости от того, какой C _t используется.

Требуемый нескорректированный размер ячейки F , тогда определяется как:

где:

• F — это нескорректированный (температура, старение и расчетный запас) размер ячейки
• S — исследуемый участок рабочего цикла (содержащий все предыдущие разделы)
• N — количество периодов рабочего цикла
• P — анализируемый период
• A _P — амперы, необходимые для периода P
• t — время в минутах от начала периода P до конца раздела S
• C _t — это номинальный коэффициент емкости (для данного типа элемента, при t-минутной скорости разряда, при 25 ° C, до определенного минимального значения l напряжение
• F _S — мощность, необходимая для каждой секции

Коэффициент номинальной емкости

Есть два способа выражения емкости:

Срок R _t

Термин R _t — это количество ампер, которое каждая пластина может выдать в течение t минут при температуре 25 ^o C до определенного минимального напряжения ячейки.

, что дает:

Срок K _t

Термин K _t — это отношение емкости в ампер-часах при стандартной скорости при 25 ^o C и определенное минимальное напряжение, которое может быть доставлено в течение т минут.

, что дает:

R _t не равно 1/ K _t , потому что каждый коэффициент выражается в разных единицах.

См. Также

Ссылки

• [1] IEEE Std. 485 ‘Рекомендуемая практика IEEE для определения размеров свинцово-кислотных батарей для стационарных применений, Институт инженеров по электротехнике и электронике

EV design — расчет батареи — x-engineer.org

Высоковольтная батарея — один из наиболее важных компонентов аккумуляторный электромобиль (BEV) . Параметры аккумулятора оказывают значительное влияние на другие компоненты и характеристики транспортного средства, например:

• максимальный крутящий момент тягового двигателя
• максимальный тормозной крутящий момент регенерации
• диапазон транспортного средства
• общий вес транспортного средства
• цена транспортного средства

Практически все Основные аспекты чисто электрического транспортного средства (EV) зависят от параметров высоковольтной батареи .

При разработке аккумуляторной батареи для нашего электромобиля мы начнем с 4 основных входных параметров:

• химия
• напряжение
• среднее энергопотребление транспортного средства за цикл движения
• диапазон транспортного средства

Аккумулятор состоит из одного или более электрохимических элементов ( аккумуляторных элементов ), которые преобразуют химическую энергию в электрическую энергию (во время разряда) и электрическую энергию в химическую энергию (во время зарядки).Тип элементов, содержащихся в батарее, и химические реакции во время разрядки-зарядки определяют химический состав батареи .

Элемент батареи состоит из пяти основных компонентов: электродов — анода и катода, сепараторов, клемм, электролита и корпуса или корпуса. В автомобилях используются различные типы элементов [1]:

Изображение: Литий-ионные аккумуляторные элементы различной формы
Кредит: [1]

Существует несколько типов аккумуляторов (химические), используемых в силовых установках гибридных и электромобилей, но мы собираемся рассмотреть только литий-ионных элементов . Основная причина в том, что литий-ионные батареи имеют более высокую удельную энергию [Втч / кг] и удельную мощность [Вт / кг] по сравнению с другими типами [2].

Изображение: диаграмма уровня ячеек Рагона, адаптированная из Van Den Bossche 2009
Предоставлено: [2]

Чем выше ток, тем больше диаметр высоковольтных проводов и тем выше тепловые потери. По этой причине ток должен быть ограничен до максимума, а номинальная мощность достигается за счет более высокого напряжения. Для нашего приложения мы собираемся рассмотреть номинальное напряжение 400 В .

В статье «Конструкция электромобиля — энергопотребление» мы рассчитали среднее энергопотребление силовой установки E _p как 137.8 Втч / км на ездовом цикле WLTC. Помимо энергии, необходимой для приведения в движение, высоковольтная батарея должна обеспечивать энергией вспомогательные устройства автомобиля E _aux [Втч / км] , например: электрическая система 12 В, обогрев, охлаждение и т. Д. необходимо учитывать КПД трансмиссии η _p [-] при преобразовании электрической энергии в механическую.

Для вспомогательных устройств потребление энергии мы собираемся использовать данные из [3], которые содержат типичные требования к мощности некоторых общих электрических компонентов транспортного средства (вспомогательные нагрузки).Длительные электрические нагрузки (фары, мультимедиа и т. Д.) И периодические нагрузки (обогреватель, стоп-сигналы, дворники и т. Д.) Потребляют в среднем 430 Вт электроэнергии. Продолжительность цикла WLTC составляет 1800 с (0,5 ч), что дает энергию 215 Втч для вспомогательных нагрузок. Если мы разделим его на длину ездового цикла WLTC (23,266 км), мы получим среднее энергопотребление для вспомогательных нагрузок E _aux 9,241 Втч / км .

Даже если Втч / км на самом деле не энергия, а факторизованная энергия, поскольку она измеряется на единицу расстояния (км), для простоты мы будем называть ее средней энергией.

Постоянный ток (DC), подаваемый батареей, преобразуется инвертором в переменный (AC). Это преобразование происходит с соответствующими потерями. Кроме того, у электродвигателя и трансмиссии есть некоторые потери, которые необходимо учитывать. Для этого упражнения мы собираемся использовать средний КПД η _p 0,9 от аккумулятора до колеса.

Замена значений в (2) дает среднее потребление энергии:

Аккумуляторная батарея рассчитана на среднее потребление энергии 161,7451 Wh / km .

Архитектура аккумуляторных блоков

Все высоковольтные аккумуляторные блоки состоят из аккумуляторов ячеек , собранных в цепочки и модули. Элемент батареи можно рассматривать как наименьшее деление напряжения.

Изображение: Элемент батареи

Отдельные элементы батареи могут быть сгруппированы параллельно и / или последовательно как модули .Кроме того, аккумуляторные модули могут быть подключены параллельно и / или последовательно для создания аккумуляторного блока . В зависимости от параметров батареи может быть несколько уровней модульности.

Общее напряжение аккумуляторной батареи определяется количеством последовательно соединенных ячеек. Например, общее (цепное) напряжение 6 последовательно соединенных ячеек будет суммой их индивидуальных напряжений.

Изображение: цепочка аккумуляторных ячеек

Чтобы увеличить текущую емкость аккумулятора, необходимо подключить больше цепочек в параллельно .Например, 3-х гирлянды, соединенные параллельно, утроят емкость и допустимый ток аккумуляторной батареи.

Изображение: ряды аккумуляторных элементов, подключенные параллельно

Высоковольтный аккумуляторный блок Mitsubishi i-MiEV состоит из 22 модулей, состоящих из 88 элементов, соединенных последовательно. Каждый модуль содержит 4 призматических ячейки. Напряжение каждой ячейки составляет 3,7 В, а общее напряжение аккумуляторной батареи 330 В.

Изображение: Аккумулятор (модули и элементы)
Кредит: Mitsubishi

Другой пример — высоковольтный аккумуляторный блок Tesla Model S, который имеет:

• 74 элемента в параллельной группе
• 6 последовательных групп для модуля
• 16 последовательных модулей
• Всего 7104 элемента

Изображение: аккумулятор Tesla Model S
Кредит: Tesla

Аккумулятор расчет

Чтобы выбрать, какие аккумуляторные элементы будут в нашем пакете, мы проанализируем несколько моделей аккумуляторных элементов, доступных на рынке.В этом примере мы сосредоточимся только на литий-ионных элементах. Входные параметры аккумуляторных элементов приведены в таблице ниже.

Примечание : Поскольку производители аккумуляторных элементов постоянно предлагают новые модели, возможно, данные, используемые в этом примере, устарели. Это менее важно, поскольку цель статьи — объяснить, как выполняется расчет. Тот же метод можно применить и к любым другим элементам батареи.

Для лучшего обзора параметров ячеек и упрощения их сравнения основные параметры отображаются в виде гистограмм на изображениях ниже .

BP — аккумуляторный блок
* — с учетом только аккумуляторных элементов

Из данных таблицы видно, что Ячейки такого типа имеют лучшее энергосодержание и большую емкость по сравнению с цилиндрическими ячейками.

Те же результаты можно отобразить в виде гистограмм для облегчения сравнения между различными типами аккумуляторных элементов.

Из-за малой емкости цилиндрических элементов по сравнению с ячейками пакета количество элементов, необходимых для аккумуляторного блока, значительно выше.Большое количество ячеек может вызвать дополнительные проблемы в области проводки, контроля напряжения, надежности батареи.

Масса и объем рассчитываются только на уровне ячейки с учетом размеров и массы ячейки. Аккумулятор, который будет в автомобиле, будет иметь дополнительные компоненты (провода, электронные компоненты, пайка, корпус и т. Д.), Что увеличит как конечный объем, так и массу. Тем не менее, глядя только на объем и массу клеток, мы можем оценить, какая модель будет лучше по сравнению с другой.По массе и объему нет четкого различия между цилиндрическими ячейками и ячейками мешочка. Однако кажется, что аккумулятор с ячейками-чехлами немного тяжелее и больше.

Батарейные элементы, производимые A123-Systems, имеют очень высокий максимальный непрерывный ток разряда и максимальный импульсный (пиковый) ток разряда. Что касается энергии и емкости, элементы пакетного типа имеют более высокий пиковый (непрерывный) ток и мощность, чем цилиндрические элементы.

На основании расчетных данных и выводов мы можем выбрать, какие аккумуляторные элементы подходят для аккумуляторной батареи нашего электромобиля.Из наших примеров кажется, что элементы Kokam имеют лучший компромисс между массой, объемом и плотностью энергии / мощности.

Все параметры, уравнения, результаты и графики реализованы в файле Scilab (* .sce). Для скачивания подпишитесь на страницу Patreon.

Вы также можете проверить свои результаты с помощью калькулятора ниже.

Электронный калькулятор батареи (он-лайн)

Справочные материалы:

[1] Моой, Роберт и Айдемир, Мухаммед и Селигер, Гюнтер. (2017). Сравнительная оценка различных форм литий-ионных аккумуляторных элементов.Процедуры Производство. 8. 104–111. 10.1016 / j.promfg.2017.02.013.
[2] Бернардини, Анналиа и Барреро, Рикардо и Махарис, Кэти и Ван Мирло, Джоэри. (2015). Технологические решения, направленные на рекуперацию энергии торможения в метро: пример многокритериального анализа. BDC — Bollettino del Centro Calza Bini — Università degli Studi di Napoli Federico II. 14. 301-325. 10.6092 / 2284-4732 / 2929.
[3] Том Дентон, Автомобильные электрические и электронные системы, Третье издание. Эльзевир Баттерворт-Хайнеманн, 2004 г., стр. 129.
[4] https://industrial.panasonic.com/
[5] http://www.a123systems.com/
[6] http://www.molicel.com/
[7] http: // www.a123systems.com/
[8] http://www.toshiba.com/
[9] http://www.kokam.com/

10.2: Электродвижущая сила — Physics LibreTexts

Цели обучения

К концу раздела вы сможете:

• Опишите электродвижущую силу (ЭДС) и внутреннее сопротивление батареи
• Объясните основную работу аккумулятора

Если вы забудете выключить автомобильные фары, они будут постепенно тускнеть по мере разрядки аккумулятора.Почему они не мигают внезапно, когда разрядился аккумулятор? Их постепенное затемнение означает, что выходное напряжение батареи уменьшается по мере разряда батареи. Причина снижения выходного напряжения для разряженных батарей заключается в том, что все источники напряжения состоят из двух основных частей — источника электрической энергии и внутреннего сопротивления. В этом разделе мы исследуем источник энергии и внутреннее сопротивление.

Введение в электродвижущую силу

Voltage имеет множество источников, некоторые из которых показаны на рисунке \ (\ PageIndex {2} \).Все такие устройства создают разности потенциалов и могут подавать ток, если подключены к цепи. Особый тип разности потенциалов известен как электродвижущая сила (ЭДС) . ЭДС — это вовсе не сила, но термин «электродвижущая сила» используется по историческим причинам. Он был изобретен Алессандро Вольта в 1800-х годах, когда он изобрел первую батарею, также известную как вольтовую батарею . Поскольку электродвижущая сила не является силой, принято называть эти источники просто источниками ЭДС (произносимыми буквами «ee-em-eff»), а не источниками электродвижущей силы.

Если Электродвижущая сила — это вообще не сила, тогда что такое ЭДС и что является источником ЭДС? Чтобы ответить на эти вопросы, рассмотрим простую схему лампы 12 В, подключенной к батарее 12 В, как показано на рисунке \ (\ PageIndex {2} \).Батарея может быть смоделирована как устройство с двумя выводами, которое поддерживает один вывод с более высоким электрическим потенциалом, чем второй вывод. Более высокий электрический потенциал иногда называют положительной клеммой и обозначают знаком плюс. Клемму с более низким потенциалом иногда называют отрицательной клеммой и обозначают знаком минус. Это источник ЭДС.

Когда источник ЭДС не подключен к лампе, нет чистого потока заряда внутри источника ЭДС. Как только батарея подключена к лампе, заряды перетекают от одной клеммы батареи через лампу (в результате чего лампа загорается) и обратно к другой клемме батареи. Если мы рассмотрим протекание положительного (обычного) тока, положительные заряды покидают положительный вывод, проходят через лампу и попадают в отрицательный вывод.

Положительный поток тока полезен для большей части анализа схем в этой главе, но в металлических проводах и резисторах наибольший вклад в ток вносят электроны, протекающие в направлении, противоположном положительному потоку тока.Поэтому более реалистично рассматривать движение электронов для анализа схемы на рисунке \ (\ PageIndex {2} \). Электроны покидают отрицательную клемму, проходят через лампу и возвращаются к положительной клемме. Чтобы источник ЭДС поддерживал разность потенциалов между двумя выводами, отрицательные заряды (электроны) должны перемещаться с положительного вывода на отрицательный. Источник ЭДС действует как накачка заряда, перемещая отрицательные заряды от положительного вывода к отрицательному для поддержания разности потенциалов.Это увеличивает потенциальную энергию зарядов и, следовательно, электрический потенциал зарядов.

Сила, действующая на отрицательный заряд электрического поля, действует в направлении, противоположном электрическому полю, как показано на рисунке \ (\ PageIndex {2} \). Чтобы отрицательные заряды переместились на отрицательный вывод, необходимо провести работу с отрицательными зарядами. Для этого требуется энергия, которая возникает в результате химических реакций в батарее. Потенциал поддерживается высоким на положительной клемме и низким на отрицательной клемме, чтобы поддерживать разность потенциалов между двумя клеммами.ЭДС равна работе, выполняемой над зарядом на единицу заряда \ (\ left (\ epsilon = \ frac {dW} {dq} \ right) \) при отсутствии тока. Поскольку единицей работы является джоуль, а единицей заряда — кулон, единицей измерения ЭДС является вольт \ ((1 \, V = 1 \, J / C) \).

Напряжение на клеммах \ (V_ {клемма} \) батареи — это напряжение, измеренное на клеммах батареи, когда к клемме не подключена нагрузка. Идеальная батарея — это источник ЭДС, который поддерживает постоянное напряжение на клеммах, независимо от тока между двумя клеммами.Идеальная батарея не имеет внутреннего сопротивления, а напряжение на клеммах равно ЭДС батареи. В следующем разделе мы покажем, что у реальной батареи действительно есть внутреннее сопротивление, а напряжение на клеммах всегда меньше, чем ЭДС батареи.

Источник потенциала батареи

ЭДС батареи определяется сочетанием химических веществ и составом выводов батареи. Свинцово-кислотный аккумулятор , используемый в автомобилях и других транспортных средствах, является одним из наиболее распространенных сочетаний химических веществ.На рисунке \ (\ PageIndex {3} \) показана одна ячейка (одна из шести) этой батареи. Катодная (положительная) клемма ячейки соединена с пластиной из оксида свинца, а анодная (отрицательная) клемма подключена к свинцовой пластине. Обе пластины погружены в серную кислоту, электролит для системы.

Небольшое знание того, как взаимодействуют химические вещества в свинцово-кислотной батарее, помогает понять потенциал, создаваемый батареей. На рисунке \ (\ PageIndex {4} \) показан результат одной химической реакции. Два электрона помещаются на анод , что делает его отрицательным, при условии, что катод подает два электрона. Это оставляет катод положительно заряженным, потому что он потерял два электрона.Короче говоря, разделение заряда было вызвано химической реакцией.

Обратите внимание, что реакция не происходит, если нет замкнутой цепи, позволяющей подавать два электрона на катод. Во многих случаях эти электроны выходят из анода, проходят через сопротивление и возвращаются на катод. Отметим также, что, поскольку в химических реакциях участвуют вещества, обладающие сопротивлением, невозможно создать ЭДС без внутреннего сопротивления.

Внутреннее сопротивление и напряжение на клеммах

Величина сопротивления прохождению тока внутри источника напряжения называется внутренним сопротивлением . Внутреннее сопротивление r батареи может вести себя сложным образом. Обычно она увеличивается по мере разряда батареи из-за окисления пластин или снижения кислотности электролита.Однако внутреннее сопротивление также может зависеть от величины и направления тока через источник напряжения, его температуры и даже его предыстории. Например, внутреннее сопротивление перезаряжаемых никель-кадмиевых элементов зависит от того, сколько раз и насколько глубоко они были разряжены. Простая модель батареи состоит из идеализированного источника ЭДС \ (\ epsilon \) и внутреннего сопротивления r (рисунок \ (\ PageIndex {5} \)).

Предположим, что внешний резистор, известный как сопротивление нагрузки R , подключен к источнику напряжения, например батарее, как показано на рисунке \ (\ PageIndex {6} \). На рисунке показана модель батареи с ЭДС ε, внутренним сопротивлением R и нагрузочным резистором R , подключенным к его клеммам. При обычном протекании тока положительные заряды покидают положительную клемму батареи, проходят через резистор и возвращаются к отрицательной клемме батареи.Напряжение на клеммах аккумулятора зависит от ЭДС, внутреннего сопротивления и силы тока и равно

Примечание

\ [V_ {терминал} = \ epsilon — Ir \]

При заданной ЭДС и внутреннем сопротивлении напряжение на клеммах уменьшается по мере увеличения тока из-за падения потенциала Ir внутреннего сопротивления.

График разности потенциалов на каждом элементе цепи показан на рисунке \ (\ PageIndex {7} \). По цепи проходит ток I , а падение потенциала на внутреннем резисторе равно Ir . Напряжение на клеммах равно \ (\ epsilon — Ir \), что равно падению потенциала на нагрузочном резисторе \ (IR = \ epsilon — Ir \). Как и в случае с потенциальной энергией, важно изменение напряжения. Когда используется термин «напряжение», мы предполагаем, что это на самом деле изменение потенциала, или \ (\ Delta V \).Однако \ (\ Delta \) часто для удобства опускается.

Ток через нагрузочный резистор равен \ (I = \ frac {\ epsilon} {r + R} \). Из этого выражения видно, что чем меньше внутреннее сопротивление r , тем больший ток подает источник напряжения на свою нагрузку R . По мере разряда батарей r увеличивается. Если r становится значительной частью сопротивления нагрузки, то ток значительно снижается, как показано в следующем примере.

Пример \ (\ PageIndex {1} \): анализ цепи с батареей и нагрузкой

Данная батарея имеет ЭДС 12,00 В и внутреннее сопротивление \ (0,100 \, \ Omega \). (a) Рассчитайте его напряжение на клеммах при подключении к нагрузке с \ (10.00 \, \ Omega \). (b) Какое напряжение на клеммах при подключении к нагрузке \ (0.500 \, \ Omega \)? (c) Какая мощность рассеивается при нагрузке \ (0.500 \, \ Omega \)? (d) Если внутреннее сопротивление увеличивается до \ (0.500 \, \ Omega \), найдите ток, напряжение на клеммах и мощность, рассеиваемую элементом \ (0.500 \, \ Omega \) загрузка.

Стратегия

Приведенный выше анализ дал выражение для тока с учетом внутреннего сопротивления. Как только ток будет найден, напряжение на клеммах можно рассчитать с помощью уравнения \ (V_ {terminal} = \ epsilon — Ir \). Как только ток будет найден, мы также сможем найти мощность, рассеиваемую резистором.

Решение

1. Ввод заданных значений ЭДС, сопротивления нагрузки и внутреннего сопротивления в приведенное выше выражение дает \ [I = \ frac {\ epsilon} {R + r} = \ frac {12.00 \, V} {10.10 \, \ Omega} = 1.188 \, A. \] Введите известные значения в уравнение \ (V_ {terminal} = \ epsilon — Ir \), чтобы получить напряжение на клеммах: \ [V_ { клемма} = \ epsilon — Ir = 12.00 \, V — (1.188 \, A) (0.100 \, \ Omega) = 11.90 \, V. \] Напряжение на клеммах здесь лишь немного ниже, чем ЭДС, что означает, что ток втягивается этой легкой нагрузкой незначительно.
2. Аналогично, при \ (R_ {load} = 0.500 \, \ Omega \) ток равен \ [I = \ frac {\ epsilon} {R + r} = \ frac {12.00 \, V} {0.2} {R} \) или \ (IV \), где В — напряжение на клеммах (в данном случае 10,0 В).
3. Здесь внутреннее сопротивление увеличилось, возможно, из-за разряда батареи, до точки, в которой оно равно сопротивлению нагрузки. Как и раньше, мы сначала находим ток, вводя известные значения в выражение, получая \ [I = \ frac {\ epsilon} {R + r} = \ frac {12.00 \, V} {1.00 \, \ Omega} = 12.00 \, A. \] Теперь напряжение на клеммах равно \ [V_ {terminal} = \ epsilon — Ir = 12.00 \, V — (12.2 (0.500 \, \ Omega) = 72.00 \, W. \] Мы видим, что увеличенное внутреннее сопротивление значительно снизило напряжение на клеммах, ток и мощность, подаваемую на нагрузку.

Значение

Внутреннее сопротивление батареи может увеличиваться по многим причинам. Например, внутреннее сопротивление перезаряжаемой батареи увеличивается с увеличением количества раз, когда батарея перезаряжается. Повышенное внутреннее сопротивление может иметь двоякое влияние на аккумулятор.Сначала снизится напряжение на клеммах. Во-вторых, аккумулятор может перегреться из-за повышенной мощности, рассеиваемой внутренним сопротивлением.

Упражнение \ (\ PageIndex {1} \)

Если вы поместите провод прямо между двумя выводами батареи, эффективно закоротив клеммы, батарея начнет нагреваться. Как вы думаете, почему это происходит?

Решение

Если к клеммам подключен провод, сопротивление нагрузки близко к нулю или, по крайней мере, значительно меньше внутреннего сопротивления батареи.2р) \). Мощность рассеивается в виде тепла.

Тестеры батарей

Тестеры батарей, такие как те, что показаны на рисунке \ (\ PageIndex {8} \), используют малые нагрузочные резисторы, чтобы намеренно потреблять ток, чтобы определить, падает ли потенциал клемм ниже допустимого уровня. Хотя измерить внутреннее сопротивление батареи сложно, тестеры батареи могут обеспечить измерение внутреннего сопротивления батареи. Если внутреннее сопротивление высокое, батарея разряжена, о чем свидетельствует низкое напряжение на клеммах.

Некоторые батареи можно перезарядить, пропустив через них ток в направлении, противоположном току, который они подают в прибор. Это обычно делается в автомобилях и батареях для небольших электроприборов и электронных устройств (Рисунок \ (\ PageIndex {9} \)). Выходное напряжение зарядного устройства должно быть больше, чем ЭДС аккумулятора, чтобы ток через него реверсировал. Это приводит к тому, что напряжение на клеммах аккумулятора превышает ЭДС, поскольку \ (V = \ epsilon — Ir \) и I теперь отрицательное.

Важно понимать последствия внутреннего сопротивления источников ЭДС, таких как батареи и солнечные элементы, но часто анализ цепей выполняется с помощью напряжения на клеммах батареи, как мы делали в предыдущих разделах. Напряжение на клеммах обозначается просто как В , без индекса «клемма».Это связано с тем, что внутреннее сопротивление батареи трудно измерить напрямую, и оно может со временем измениться.

Авторы и авторство

Сэмюэл Дж. Линг (Государственный университет Трумэна), Джефф Санни (Университет Лойола Мэримаунт) и Билл Мобс со многими авторами. Эта работа лицензирована OpenStax University Physics в соответствии с лицензией Creative Commons Attribution License (4.0).

Расчет размера вашей батареи

На сколько хватит батареи моего дома на колесах?

Если у вас есть трейлер Camper, Caravan или другой дом на колесах и вы любите проводить время вдали от источника питания на 240 вольт, эта статья даст вам некоторые ответы, которых избегают продавцы.Это позволит вам оценить размер и количество батарей, которые подойдут для вашего кемпинга.

Как всегда, требуется небольшое пояснение, чтобы убедиться, что мы находимся в одной отправной точке. Цель не в том, чтобы усложнять это, а в том, чтобы объяснить, чтобы это имело смысл.

Пустую таблицу расчетов можно скачать в конце этой статьи, однако мы рекомендуем вам потратить несколько минут на то, чтобы узнать, почему и как это работает.

См. Также статью по теме: «Все, что вам нужно знать об установке солнечных панелей.»

Как мы будем измерять мощность?

Количество электроэнергии, используемой для работы устройства или прибора, может быть определено в ваттах или амперах. Если вы знаете одно, вы можете рассчитать другой, если знаете напряжение.

Мы хотим иметь дело с амперами, так как именно так рассчитываются батареи Deep Cycle. На данном этапе широко распространено мнение, что батареи Deep Cycle — лучший вариант для использования в доме на колесах. Мы рекомендуем стиль AGM (Absorbed Glass Mat) как лучший для любого транспортного средства для отдыха, но вы можете изучить его подробнее, если хотите.

Батарея 100 Ач должна обеспечивать 1 А в течение 100 часов, 2 А в течение 50 часов, 3 А в течение 33 часов и т. Д. Было бы неплохо, если бы это уравнение сохранялось вплоть до 100 А в течение 1 часа, но есть некоторые ограничивает максимальную скорость потребляемого тока и то, сколько из этих 100 ампер вы действительно можете использовать, не разрушая батарею. Мы перейдем к ним после того, как вы поймете еще несколько вещей, а пока мы хотим знать, сколько усилителей используется.

Ниже: простой пример, но интенсивный пользователь энергии — это фен для волос на 12 вольт и номинальный ток 10 ампер.Батарея на 100 Ач должна дать вам (100/10 = 10) 10 часов использования .

Если вы используете его в течение 5 минут в день, его хватит на 120 дней. Счастливая жена — счастливая жизнь.

Если в спецификации устройства не указаны усилители, но указаны ватты, вам понадобится следующая формула:

Ватт / Вольт = Ампер в час

Ниже: Пример, в котором нам нужно рассчитать усилители. Очень маленький пользователь энергии — это светодиодный светильник мощностью 1,2 Вт, работающий от источника питания 12 В. 1.2 Вт / 12 В = 0,1 ампер. Следовательно, батареи на 100 Ач (ампер-час) хватит на 1000 часов.

Немного другой пример — холодильник на 60 Вт, работающий от источника питания 12 вольт, потребляет 60/12 = 5 ампер, но только при работающем двигателе.

60-ваттный холодильник …. делить на …. 12-вольтовую батарею …. потребляет 5 ампер электроэнергии (во время работы)

Но …. мотор холодильника не обязательно должен работать все время, на самом деле эта модель показывает, что ему нужно работать только около 15% времени.5 ампер на 15% = 0,75ач / ч. Этот холодильник может проработать 133 часа или 5,5 дней при соблюдении требований **.

** Нормы могут быть превышены или не достигнуты. Например, этот сундук-холодильник, используемый в Тредбо зимой, может прослужить 300 часов, а в Дарвине летом всего 72 часа, если вы продолжаете обменивать пиво!

Сколько ампер-часов вы действительно получаете от 100ач батареи?

ампер-часов (ач) — это рейтинг, используемый производителями батарей Deep Cycle для сравнения батарей, но мы не можем просто измерить, сколько ампер-часов осталось в батарее.Мы можем использовать вольтметр, чтобы получить напряжение, и это можно использовать для получения хорошего приближения. Сначала вам нужно знать несколько вещей.

1) Отключение низкого напряжения

Во-первых, вы не можете использовать 100% батареи ни для чего полезного. Чтобы понять это, посмотрите на следующую таблицу, в которой сравнивается обычная батарея Wet Cell и батарея AGM, где показания напряжения показывают приблизительный оставшийся заряд.

Рисунок 1: Напряжение, указывающее на оставшийся заряд.

Если у вас есть аккумуляторная система на 12 В, то одним из самых полезных предметов, которые вы можете иметь, является вольтметр.Ниже показан эффективный, который мы продаем. Он подключается к гнезду прикуривателя и показывает напряжение ваших батареек. Если у вас уже есть мультиметр, он тоже подойдет.

Когда вы закончите зарядку аккумулятора, вы можете получить показание более 13 вольт, однако это будет поверхностный заряд и установится на реальное значение около 13 вольт для батареи AGM или 12,6 вольт для батареи Wet Cell. Если у вас небольшая нагрузка на батарею, скажем, пара лампочек, показания вольтметра по сравнению с таблицей или диаграммой выше покажут приблизительно оставшийся заряд батареи.Умеренная или большая нагрузка будет давать искаженные показания до тех пор, пока батареи не разрядятся и заряд не выровняется.

Глядя на рисунок 1 выше, вы заметите, что 12,1 вольт AGM или 12,1 вольт для мокрого элемента указывает на то, что вы использовали 50% емкости батареи, у вас должно быть , оставшееся 50%.

Однако, как только вы достигнете примерно 30% оставшегося напряжения, напряжение будет недостаточным для большинства приборов, вы можете включить свет, но ваш водяной насос будет работать не очень хорошо.Использование батареи ниже этих уровней также значительно сократит количество циклов перезарядки батареи.

Зарядные устройства, такие как SETEC (есть и другие), управляют потребляемым током от аккумулятора, а также заряжают аккумуляторы. Это предотвратит потребление тока от батарей, когда напряжение упадет ниже идеального минимального уровня.

Большинство производителей аккумуляторов указывают, что максимально долгий срок службы аккумулятора достигается при его разряде только на 50%.Это, возможно, идеальный случай, но в доме на колесах, когда вам нужно купить дополнительную батарею, найти место для хранения и заплатить за топливо для автомобиля, чтобы тащить дополнительные батареи, которые весят около 30 кг каждая, я считаю, что нереально разрешить разрядку до 40%. или даже 30% при длительном пребывании или когда другие варианты зарядки не работают. Да, возможно, вам придется заменить батарею годом ранее, но вы сэкономили на этом. Всего за одну ночь вдали от стоянки для трейлеров вы сэкономите 30 долларов плюс дополнительный вес на каждый километр пути.

Опять же, важно отметить, что показанное напряжение будет точным только при наличии хотя бы некоторой нагрузки, но определенно не нагрузки, превышающей 5% емкости батареи. Если аккумулятор только что был заряжен или сильно разряжен, перед снятием показаний необходимо дать время для выравнивания напряжения.

На примере воды представьте 6 резервуаров с водой (например, 6 ячеек в батарее), каждый из которых соединен соломинкой. Если вы заполните один конец резервуара с помощью садового шланга или слейте воду с другого конца с помощью садового шланга, потребуется некоторое время, чтобы все резервуары (или ячейки) были на одинаковом уровне.

Время, необходимое для выравнивания, — это то, к чему вы привыкнете, вы, конечно, не паникуете, если ваше напряжение упадет, пока вы используете микроволновую печь в течение нескольких минут (инверторы могут потреблять довольно много энергии, когда использовать). Низкая нагрузка, которая потребляет энергию не быстрее, чем батарея может уравнять, даст разумное значение для оставшегося заряда , путем считывания напряжения.

Также имейте в виду, что батарея без нагрузки может показывать 12 В, но у нее мало или совсем нет ампер-часов.

Есть несколько расширенных датчиков, которые рассчитают вашу емкость на основе фактического недавнего использования, но их стоимость все еще выше, чем у большинства рекреационных пользователей. Они больше похожи на мини-компьютер, который собирает и записывает образцы данных и делает прогнозы оставшейся емкости и того, как долго она прослужит, если вы продолжите использовать ее с нынешней скоростью. См. ниже:

Здесь показаны другие более экономичные вольтметры:

2) Тип батареи

Как видно на Рисунке 1, тип батареи e.грамм. Wet Cell, Gel или AGM могут давать разные показания напряжения для процента оставшегося заряда. Хотя вольты указывают на то, сколько энергии осталось, это не похоже на указатель уровня топлива. Бензин, оставшийся в топливном баке, будет отображаться в виде прямой линии от 13 до нуля на диаграмме выше.

График батареи AGM Deep Cycle ближе к прямому, чем у батареи Wet Cell. Они заряжаются легче и быстрее, чем аккумуляторы с жидкими элементами. Они могут лучше восстанавливаться после меньших выделений. Да, они стоят дороже, чем аккумуляторы Wet Cell, но при правильном использовании могут прослужить вдвое дольше.

Не все выиграют от использования батарей глубокого разряда. Если ваше прогнозируемое использование намного ниже, чем было бы обеспечено этими более крупными батареями AGM Deep Cycle, может быть более дешевым вариантом использовать батарею Wet Cell. Если вы оставляете 240 В только на один или два дня за раз, и вы используете только светодиодные лампы и, скажем, водяной насос, вы должны вполне справиться с более дешевой батареей Wet Cell.

Caravans Plus не продает аккумуляторы Wet Cell, так как их сложнее доставить, и они легко доступны в большинстве мест.Батареи Wet Cell должны быть вертикальными и располагаться в проветриваемом помещении, а не в жилом помещении. Аккумуляторы AGM полностью герметичны и могут использоваться под любым углом. Их можно без риска разместить под кроватью.

3) Чрезмерная скорость прорисовки

Емкость аккумулятора уменьшается с увеличением скорости разряда. Батареи (скажем, 100ач батарея) были протестированы при заданной скорости разряда 20 часов.

Это означает постоянное использование 5 ампер в час в течение 20 часов (5 x 20 = 100).Это должно быть указано в спецификациях.

Плохая новость заключается в том, что если вы превысите указанную скорость разряда, вы увидите значительное падение емкости. Если вам нужно больше 5 ампер в час, вам следует подумать о двух или даже более батареях.

Хорошая новость заключается в том, что если вы используете менее 5 ампер в час, вы можете получить больше, чем указанные 100ач.

Рисунок 2: Емкость аккумулятора уменьшается с увеличением скорости разряда.

4) Получение менее полной зарядки

При зарядке аккумуляторов от хорошего зарядного устройства в течение нескольких дней вы можете получить 100% заряд.Однако генератор транспортного средства сможет достичь только около 70%. Кроме того, если вы заряжаете аккумулятор от солнечных панелей, вам необходимо убедиться, что ваш солнечный регулятор подходит для работы.

Падение напряжения — одна из самых больших проблем при полной зарядке аккумулятора вашего автоприцепа или автоприцепа от генератора переменного тока. Вы никогда не можете заряжать аккумулятор больше, чем напряжение, которое достигает его через медные кабели. Чем длиннее кабель, тем больше падает напряжение. Это можно до некоторой степени компенсировать, увеличив x-сечение кабеля, но даже это имеет ограничения.

С помощью надежного вольтметра вы можете проверить, какое напряжение вырабатывает генератор, запустив двигатель и подключив вольтметр к клеммам аккумуляторной батареи. Убедитесь, что электрические аксессуары НЕ включены. Это должно быть от 13,8 до 14,8 В.

Рисунок 3: Уменьшение заряда из-за падения напряжения

Затем проверьте напряжение в задней части автомобиля при еще работающем двигателе. Это может быть штекер Андерсона или вспомогательный провод в разъеме прицепа.Запишите это напряжение и отметьте любое падение напряжения. В моем автомобиле есть сверхмощные кабели, и падение напряжения составляет всего 0,1 вольт.

Затем снимите показания, где вспомогательный кабель идет к батарее RV (или зарядному устройству). У моего каравана более легкая проводка, и потеря напряжения составила еще 0,4 вольта. Общее падение напряжения составило 0,5 вольт. Когда вы снова посмотрите на рисунок 1, вы увидите, что уменьшение на 0,5 вольта при подаче заряда в батарею жилого автофургона может серьезно снизить общий полезный ток, пока вы снова не зарядите его.

Есть два решения этой проблемы. Сначала вы можете увеличить размер медных проводов, чтобы падение напряжения было меньше. Во-вторых, вы можете добавить усилитель напряжения, который повысит напряжение для компенсации потерь. Он должен быть размещен между генератором переменного тока или аккумулятором транспортного средства и аккумулятором вашего жилого дома, чтобы входящий ток достигал аккумулятора с более высоким напряжением и, таким образом, увеличивал скорость зарядки и увеличивал количество ампер-часов в этой аккумуляторной батарее.

Рисунок 4: Увеличение ампер-часов, сохраненных с помощью бустера

Если принять во внимание все вышеперечисленное, при зарядке от генератора вы получите только около 70% емкости аккумулятора в качестве полезной энергии.

В сочетании с рекомендациями производителя по продлению срока службы батареи за счет регулярной разрядки примерно до 50%, как правило, вам потребуется в два раза больше ампер-часов, чем вы рассчитываете в следующий раз. Это эмпирическое правило допускает большую разрядку в некоторых случаях, например, более низкое потребление солнечной энергии или более длительное пребывание, чем обычно, или большее использование приборов на 12 В. Если вам не нужен этот буфер, то 70% использования будет максимальным значением, которое вы можете использовать, а любое превышение значительно сократит срок службы батареи и не будет работать со всеми типами устройств.

Расчет ампер-часов

Изучите следующую таблицу, чтобы рассчитать количество и размер батарей, которые вам понадобятся. Вы можете загрузить пустую форму расчета и ввести размер своей батареи, чтобы определить, на сколько ее хватит.

Пояснения к примечаниям:

1) Водяной насос имеет номинал 5,2 ампера, по моим оценкам, он работает около 12 полных минут в день. 12 минут — это 1/5 или 0,2 часа.

Доступно три варианта холодильника, выберите один.
2) В газовом холодильнике есть вентилятор на 12 В, который включается при необходимости, примерно 6 часов в день, выбранном здесь.
3) Холодильник с вертикальным компрессором имеет количество 0 (ноль), поэтому оно не используется в этом расчете. Он потребляет слишком много энергии.
4) Комодный холодильник может быть подходящим холодильником для автоприцепа, но не выбран для этих расчетов.
5 и 6) Будет необязательно при понижении мощности.
7) Мы не используем телевизор во время кемпинга, но некоторые люди могут его использовать.Они используют больше, чем вы думаете.
8, 9 и 10) Все светодиоды и очень экономичны. Характеристики светодиодов указаны в ваттах, поэтому они делятся на 12 В для получения ампер / ч.

21) Просто включение инвертора требует энергии. Выключайте, когда не требуется.
С 22 по 25) Вся необходимая бытовая техника на 240 В для некоторых софтов. Чтобы получить количество ампер / ч, необходимое для наших расчетов, необходимо разделить ватты на 240 В.

Если сложить ампер / ч для всех устройств, мы обнаружим, что используем около 13.5 ампер-часов в день.

Все, что в столбце ампер превышает 5 ампер, приведет к очень быстрому разряду вашей батареи, поэтому я решил пойти на две батареи.

Это дает мне достаточно возможностей. Лишь изощренность инвертора заставила меня переборщить, поэтому для многих людей будет достаточно одной батареи AGM от 100 до 120 Ач, если у вас нет вертикального холодильника на 12 В или если вам не нужен телевизор, когда он отключен от источника питания.

Вы можете загрузить таблицу Excel или OpenOffice Spread Sheet, чтобы ввести свои значения.

См. Также статью по теме: «Все, что вам нужно знать об установке солнечных панелей».

Было ли это полезно?

Учебное пособие по физике: Параллельные схемы

Как упоминалось в предыдущем разделе Урока 4, два или более электрических устройства в цепи могут быть соединены последовательным или параллельным соединением. Когда все устройства соединены с использованием параллельных соединений, схема называется параллельной схемой .В параллельной схеме каждое устройство помещается в свою отдельную ветвь . Наличие ответвлений означает, что существует несколько путей, по которым заряд может проходить через внешнюю цепь. Каждый заряд, проходящий через контур внешней цепи, будет проходить через единственный резистор, присутствующий в одной ветви. Прибыв в место разветвления или узел, заряд делает выбор , через какую ветвь пройти на обратном пути к терминалу с низким потенциалом.

Краткое сравнение и контраст между последовательными и параллельными цепями было сделано в предыдущем разделе Урока 4. В этом разделе было подчеркнуто, что добавление большего количества резисторов в параллельную цепь приводит к довольно неожиданному результату — уменьшению общего сопротивления. . Поскольку существует несколько путей, по которым может протекать заряд, добавление еще одного резистора в отдельную ветвь обеспечивает другой путь, по которому заряд может проходить через основную область сопротивления в цепи.Это уменьшенное сопротивление в результате увеличения количества ветвей будет иметь эффект увеличения скорости, с которой течет заряд (также известной как ток). Чтобы сделать этот довольно неожиданный результат более разумным, была введена аналогия с платными дорогами. Плата за проезд — это основное место сопротивления автомобильному потоку на платной дороге. Добавление дополнительных пунктов сбора платы за проезд в пределах их собственного отделения на платной дороге обеспечит больше путей для автомобилей, проезжающих через станцию ​​сбора платы за проезд. Эти дополнительные пункты пропуска снизят общее сопротивление потоку автомобилей и увеличат скорость их движения.

Скорость, с которой заряд проходит через цепь, называется током. Заряд НЕ накапливается и не начинает накапливаться в любом заданном месте, так что ток в одном месте больше, чем в других местах. Заряд НЕ расходуется резисторами таким образом, что в одном месте ток меньше, чем в другом. В параллельной схеме заряд делит на отдельные ветви, так что в одной ветви может быть больше тока, чем в другой.Тем не менее, если брать в целом, общая сумма тока во всех ветвях при сложении равна величине тока в местах за пределами ветвей. Правило, что ток везде одинаковый все еще работает, только с закруткой. Сила тока вне ветвей равна сумме токов в отдельных ветвях. Это все еще та же величина тока, только разделенная на несколько путей.

В форме уравнения этот принцип можно записать как

, где I _total — общая величина тока вне ветвей (и в батарее), а I ₁ , I ₂ и I ₃ представляют ток в отдельных ветвях цепи.

В этом блоке широко использовалась аналогия между расходом заряда и расходом воды. Еще раз вернемся к аналогии, чтобы проиллюстрировать, как сумма текущих значений в ветвях равна сумме вне ветвей.Поток заряда в проводах аналогичен потоку воды в трубах. Рассмотрим приведенные ниже схемы, на которых поток воды в трубах делится на отдельные ответвления. В каждом узле (место разветвления) вода проходит двумя или более отдельными путями. Скорость, с которой вода поступает в узел (измеряется в галлонах в минуту), будет равна сумме расходов в отдельных ветвях за пределами узла. Точно так же, когда две или более ветви подаются в узел, скорость, с которой вода вытекает из узла, будет равна сумме расходов в отдельных ветвях, которые подаются в узел.

Тот же принцип разделения потока применяется к электрическим цепям. Скорость, с которой заряд поступает в узел, равна сумме расходов в отдельных ветвях за пределами узла. Это проиллюстрировано в приведенных ниже примерах. В примерах вводится новый символ схемы — буква A, заключенная в круг. Это символ амперметра — устройства, используемого для измерения силы тока в определенной точке. Амперметр способен измерять ток, оказывая при этом незначительное сопротивление потоку заряда.

На диаграмме A показаны два резистора, подключенных параллельно узлам в точках A и B. Заряд течет в точку A со скоростью 6 ампер и делится на два пути — один через резистор 1, а другой через резистор 2. Ток в ветви с резистором 1 — 2 ампера, а ток в ветви с резистором 2 — 4 ампера. После того, как эти две ветви снова встретятся в точке B, чтобы сформировать единую линию, ток снова станет равным 6 ампер. Таким образом, мы видим, что принцип, согласно которому ток вне ветвей равен сумме тока в отдельных ветвях, справедлив.

6 ампер = 2 ампера + 4 ампера

Схема B выше может быть немного сложнее, если три резистора расположены параллельно. На схеме обозначены четыре узла, обозначенные буквами A, B, C и D. Заряд течет в точку A со скоростью 12 ампер и делится на два пути: один проходит через резистор 1, а другой направляется к точке B (и резисторам 2). и 3). 12 ампер тока делятся на 2-амперную (через резистор 1) и 10-амперную (в направлении точки B).В точке B происходит дальнейшее разделение потока на два пути — один через резистор 2, а другой через резистор 3. Ток в 10 ампер, приближающийся к точке B, делится на 6-амперный канал (через резистор 2) и 4-канальный. -амперный тракт (через резистор 3). Таким образом, видно, что значения тока в трех ветвях составляют 2 ампера, 6 ампер и 4 ампера, и что сумма значений тока в отдельных ветвях равна току вне ветвей.

12 А = 2 А + 6 А + 4 А

Анализ потока в точках C и D также может быть проведен, и будет замечено, что сумма расходов потока в этих точках равна скорости потока, находящейся непосредственно за этими точками.

Фактическая величина тока всегда изменяется обратно пропорционально величине общего сопротивления. Существует четкая взаимосвязь между сопротивлением отдельных резисторов и общим сопротивлением набора резисторов. Чтобы исследовать эту взаимосвязь, давайте начнем с простейшего случая, когда два резистора помещены в параллельные ветви, каждый из которых имеет одинаковое значение сопротивления 4 Ом.Поскольку схема предлагает два равных путей для потока заряда, только половина заряда выберет для прохождения через данную ветвь. В то время как каждая отдельная ветвь предлагает сопротивление 4 Ом любому заряду, который проходит через нее, только половина всего заряда, протекающего по цепи, будет встречать сопротивление 4 Ом этой отдельной ветви. Таким образом, что касается батареи, которая накачивает заряд, наличие двух параллельно подключенных резисторов 4 Ом было бы эквивалентно наличию одного резистора 2 Ом в цепи.Таким же образом, наличие двух параллельно подключенных резисторов сопротивлением 6 Ом было бы эквивалентно наличию в цепи одного резистора сопротивлением 3 Ом. А наличие двух параллельных резисторов 12 Ом было бы эквивалентно наличию в цепи одного резистора 6 Ом.

Теперь давайте рассмотрим другой простой случай, когда три резистора включены параллельно, каждый из которых имеет одинаковое сопротивление 6 Ом. При трех равных путях прохождения заряда через внешнюю цепь только одна треть заряда будет проходить через данную ветвь.Каждая отдельная ветвь обеспечивает сопротивление 6 Ом проходящему через нее заряду. Однако тот факт, что только одна треть заряда проходит через определенную ветвь, означает, что общее сопротивление цепи составляет 2 Ом. Что касается батареи, которая накачивает заряд, наличие трех параллельных резисторов 6 Ом было бы эквивалентно наличию одного резистора 2 Ом в цепи. Таким же образом, наличие трех параллельно подключенных резисторов сопротивлением 9 Ом было бы эквивалентно наличию в цепи одного резистора сопротивлением 3 Ом.А наличие трех параллельных резисторов 12 Ом было бы эквивалентно наличию одного резистора 4 Ом в цепи.

Это концепция эквивалентного сопротивления. Эквивалентное сопротивление цепи — это величина сопротивления, которая потребуется одному резистору, чтобы сравняться с общим эффектом от набора резисторов, присутствующих в цепи. Для параллельных цепей математическая формула для вычисления эквивалентного сопротивления (R _экв ) составляет

, где R ₁ , R ₂ и R ₃ — значения сопротивления отдельных резисторов, подключенных параллельно. Приведенные выше примеры можно рассматривать как простые случаи, в которых все пути обладают одинаковым сопротивлением отдельному заряду, который проходит через них. Приведенные выше простые случаи были выполнены без использования уравнения. Тем не менее, уравнение подходит как для простых случаев, когда резисторы ответвления имеют одинаковые значения сопротивления, так и для более сложных случаев, когда резисторы ответвления имеют разные значения сопротивления.Например, рассмотрим применение уравнения к одному простому и одному сложному случаю ниже.

В разделе «Схемы» учебного пособия «Физический класс» подчеркивалось, что любое повышение напряжения, полученное за счет заряда в батарее, теряется из-за заряда, когда он проходит через резисторы внешней цепи.Общее падение напряжения во внешней цепи равно увеличению напряжения при прохождении заряда через внутреннюю цепь. В параллельной схеме заряд не проходит через каждый резистор; скорее, он проходит через единственный резистор. Таким образом, полное падение напряжения на этом резисторе должно соответствовать напряжению батареи. Не имеет значения, проходит ли заряд через резистор 1, резистор 2 или резистор 3, падение напряжения на резисторе, которое выбирает для прохождения , должно равняться напряжению батареи.В форме уравнения этот принцип может быть выражен как

Если три резистора размещены в параллельных ветвях и питаются от 12-вольтовой батареи, то падение напряжения на каждом из трех резисторов составляет 12 вольт. Заряд, протекающий по цепи, встретит только один из этих трех резисторов и, таким образом, столкнется с одним падением напряжения на 12 вольт.

Диаграммы электрических потенциалов были представлены в Уроке 1 этого устройства и впоследствии использовались для иллюстрации последовательных падений напряжения, происходящих в последовательных цепях.Диаграмма электрического потенциала — это концептуальный инструмент для представления разности электрических потенциалов между несколькими точками электрической цепи. Рассмотрим приведенную ниже принципиальную схему и соответствующую диаграмму электрических потенциалов.

Как показано на диаграмме электрических потенциалов, все позиции A, B, C, E и G имеют высокий электрический потенциал. Один заряд выбирает только один из трех возможных путей; таким образом, в позиции B один заряд переместится в точку C, E или G, а затем пройдет через резистор, находящийся в этой ветви.Заряд не теряет свой высокий потенциал до тех пор, пока он не пройдет через резистор, либо от C к D, от E к F или от G к H. После того, как он пройдет через резистор, заряд вернется почти до 0 вольт и вернется к отрицательному значению. клемму аккумуляторной батареи для повышения ее напряжения. В отличие от последовательных цепей, заряд в параллельной цепи встречает единственное падение напряжения на своем пути через внешнюю цепь.

Ток через данную ветвь можно предсказать, используя уравнение закона Ома, падение напряжения на резисторе и сопротивление резистора.Поскольку падение напряжения на каждом резисторе одинаково, фактором, определяющим, что резистор имеет наибольший ток, является сопротивление. Резистор с наибольшим сопротивлением испытывает наименьший ток, а резистор с наименьшим сопротивлением — наибольший ток. В этом смысле можно сказать, что заряд (как и люди) выбирает путь наименьшего сопротивления. В форме уравнения это может быть указано как

Этот принцип иллюстрируется схемой, показанной ниже.Произведение I • R одинаково для каждого резистора (и равно напряжению батареи). Тем не менее, ток у каждого резистора разный. Ток наибольший там, где сопротивление наименьшее, и ток наименьший, где сопротивление наибольшее.

Приведенные выше принципы и формулы могут использоваться для анализа параллельной цепи и определения значений тока и разности электрических потенциалов на каждом из резисторов в параллельной цепи.Их использование будет продемонстрировано математическим анализом схемы, показанной ниже. Цель состоит в том, чтобы использовать формулы для определения эквивалентного сопротивления цепи (R _eq ), тока через батарею (I _— ), а также падений напряжения и тока для каждого из трех резисторов.

Анализ начинается с использования значений сопротивления отдельных резисторов для определения эквивалентного сопротивления цепи.

1 / R _экв = 0.23306 Ом ^-1

R _экв = 1 / (0,23306 Ом ^-1 )

R _экв = 4,29 Ом

(округлено от 4,29063 Ом)

Теперь, когда известно эквивалентное сопротивление, ток в батарее можно определить с помощью уравнения закона Ома. При использовании уравнения закона Ома (ΔV = I • R) для определения тока в батарее важно использовать напряжение батареи для ΔV и эквивалентное сопротивление для R.Расчет показан здесь:

I _общ = 14,0 А

(округлено от 13,98396 А)

Напряжение батареи 60 В представляет собой усиление электрического потенциала за счет заряда, проходящего через батарею. Заряд теряет такое же количество электрического потенциала при любом прохождении через внешнюю цепь.То есть падение напряжения на каждом из трех резисторов такое же, как и напряжение, полученное в батарее:

Осталось определить три значения — ток каждого отдельного резистора. Закон Ома снова используется для определения значений тока для каждого резистора — это просто падение напряжения на каждом резисторе (60 В), деленное на сопротивление каждого резистора (указанное в формулировке задачи).Расчеты показаны ниже.

Для проверки точности выполненных математических расчетов целесообразно проверить, удовлетворяют ли вычисленные значения принципу, согласно которому сумма значений тока для каждого отдельного резистора равна общему току в цепи (или в батарее). . Другими словами, I _tot = I ₁ + I ₂ + I ₃ ?

Из 14.0 ампер = 3,53 ампер + 5,00 ампер + 5,45 ампер?

14,0 А = 13,98 А?

Да !!

(Разница в 0,02 ампера — это просто результат предыдущего округления значения I _до от 13,98.)

Математический анализ этой параллельной цепи включал смесь концепций и уравнений. Как это часто бывает в физике, отделение понятий от уравнений при принятии решения физической проблемы является опасным актом.Здесь необходимо учитывать концепции, согласно которым падение напряжения на каждом из трех резисторов равно напряжению батареи и что сумма тока в каждом резисторе равна общему току. Эти представления необходимы для завершения математического анализа. В следующей части Урока 4 будут исследованы комбинированные или составные схемы, в которых одни устройства включены параллельно, а другие — последовательно.

1. По мере того, как в цепь добавляется все больше и больше резисторов, эквивалентное сопротивление цепи ____________ (увеличивается, уменьшается), а общий ток цепи ____________ (увеличивается, уменьшается).

2.Три одинаковых лампочки подключены к D-ячейке, как показано ниже. P, Q, X, Y и Z обозначают местоположения вдоль цепи. Какое из следующих утверждений верно?

а. Ток в точке Y больше, чем ток в точке Q.

г. Ток на Y больше, чем на P.

.

г. Ток в точке Y больше, чем ток в точке Z.

г. Ток в точке P больше, чем ток в точке Q.

.

e.Ток на Q больше, чем на P.

.

ф. Сила тока одинакова во всех местах.

3. Три одинаковые лампочки подключены к D-ячейке, как показано ниже. P, Q, X, Y и Z обозначают местоположения вдоль цепи. В каком месте (ах), если таковые имеются, будет ток …

а. … так же, как у X?

г…. такой же, как у Q?

г. … так же, как у Y?

г. … меньше, чем у Q?

e. … меньше, чем у P?

ф. … вдвое больше, чем у Z?

г. … в три раза больше, чем в Y?

4. Какие изменения можно внести в схему ниже, чтобы уменьшить ток в ячейке? Перечислите все подходящие варианты.

а. Увеличьте сопротивление лампы X.

г. Уменьшите сопротивление лампы X.

г. Увеличьте сопротивление лампы Z.

.

г. Уменьшите сопротивление лампы Z.

.

e. Увеличьте напряжение ячейки (как-нибудь).

ф. Уменьшите напряжение ячейки (как-нибудь).

г. Снять лампу Y.

.

5.Аккумулятор на 12 В, резистор на 12 Ом и резистор на 4 Ом подключаются, как показано на рисунке. Ток в резисторе 12 Ом равен ____ току в резисторе 4 Ом.

а. 1/3	г. 1/2	г. 2/3
г. то же, что		e.1,5 раза
ф. дважды		г. трижды
ч. четыре раза

6. Аккумулятор на 12 В, резистор на 12 Ом и резистор на 4 Ом подключены, как показано.Падение напряжения на резисторе 12 Ом равно ____ падению напряжения на резисторе 4 Ом.

а. 1/3	г. 1/2	г. 2/3
г. то же, что		e. 1,5 раза
ф.дважды		г. трижды
ч. четыре раза

7. Аккумулятор на 12 В и резистор на 12 Ом подключаются, как показано на схеме. Резистор на 6 Ом добавлен к резистору на 12 Ом, чтобы создать цепь Y, как показано.Падение напряжения на резисторе 6 Ом в цепи Y равно ____ падению напряжения на резисторе X.

а. больше, чем

г. меньше

г. то же, что

8. Используйте свое понимание эквивалентного сопротивления, чтобы заполнить следующие утверждения:

а. Два резистора сопротивлением 6 Ом, помещенные параллельно, обеспечат сопротивление, эквивалентное сопротивлению одного резистора _____ Ом.

г. Три резистора 6 Ом, помещенные параллельно, обеспечат сопротивление, эквивалентное одному резистору _____ Ом.

г. Три резистора сопротивлением 8 Ом, помещенные параллельно, обеспечат сопротивление, эквивалентное сопротивлению одного резистора _____ Ом.

г. Три резистора с сопротивлением 2 Ом, 4 Ом и 6 Ом размещены параллельно. Они обеспечили бы сопротивление, эквивалентное одному резистору _____ Ом.

e. Три резистора с сопротивлением 5 Ом, 6 Ом и 7 Ом размещены параллельно.Они обеспечили бы сопротивление, эквивалентное одному резистору _____ Ом.

ф. Три резистора с сопротивлением 12 Ом, 6 Ом и 21 Ом размещены параллельно. Они обеспечили бы сопротивление, эквивалентное одному резистору _____ Ом.

9. На основании ваших ответов на вышеуказанный вопрос заполните следующую формулировку:

Общее или эквивалентное сопротивление трех параллельно включенных резисторов будет _____.

а. больше, чем сопротивление самого большого значения R.

г. меньше, чем сопротивление наименьшего значения R из трех.

г. где-то между наименьшим значением R и наибольшим значением R.

г. … ерунда! Такого обобщения сделать нельзя. Результаты меняются.

10. Три резистора включены параллельно.Если поместить в цепь с источником питания 12 В. Определите эквивалентное сопротивление, полный ток цепи, падение напряжения и ток в каждом резисторе.

Общая модель батареи — Simulink

На этом рисунке показаны подробные параметры, извлеченные из данных Panasonic Паспорт батареи NiMH-HHR650D.

Номинальную емкость и внутреннее сопротивление можно узнать из таблицы спецификаций. Остальные подробные параметры взяты из Типичного График характеристик разряда.

Эти параметры являются приблизительными и зависят от точности точек полученный из разряда изгиб.

Кривые расхода, полученные на основе этих параметров, отмеченных значком пунктирные линии на следующих рисунках аналогичны паспорту кривые.

Для представления температурных эффектов литий-ионных (Li-ion) аккумуляторов, дополнительная кривая нагнетания при температуре окружающей среды, отличная от номинальная температура и параметры теплового отклика.Дополнительные кривые расхода обычно не приводятся в технических данных и могут требуют проведения простых экспериментов. Следующие примеры показывают параметры, извлеченные из литий-железо-фосфата A123 ANR26650M1 и Паспорта литий-кобальто-оксидных батарей Panasonic CGR 18 650 AF.

Технические характеристики A123 ANR26650M1 включают в себя необходимую разрядку. точки кривой и другие необходимые параметры.

Эти параметры взяты из таблицы данных литий-ионного аккумулятора A123. температурно-зависимая модель батареи.

02 Внутреннее сопротивление

На рисунке пунктирными линиями показаны кривые разряда, полученные из моделирование при различных температурах окружающей среды. Исполнение модели очень близко к результатам таблицы данных.

Тот же подход для извлечения параметров применяется к Panasonic Литий-ионный CGR18650AF с этими характеристиками.

Эти параметры извлечены для модели батареи.

° C

На рисунке показано хорошее совпадение смоделированных кривых расхода (представлены пунктирными линиями) и кривые таблицы данных. Точность модель зависит от того, насколько точны выбранные точки из техпаспорта разряда кривые есть.

Для моделирования последовательной и / или параллельной комбинации ячеек на основе параметров одной ячейки используйте преобразование параметра, показанное в следующей таблице может быть использован. Переменная Nb_ser соответствует количеству ячеек последовательно, а Nb_par соответствует количеству ячеек параллельно.