Сколько времени нужно, чтобы зарядить автомобильный аккумулятор после запуска?

Предполагая, что типичная свинцово-кислотная автомобильная батарея 12 В (обычно при 13 В или около того полностью заряжена) и что для запуска двигателя требуется примерно 500 А в течение 3 секунд, сколько времени потребуется для перезарядки батареи при любом заданном заряде. показатель?

Вот моя попытка из того, что я помню о физике:

12,8 В * 500 А = 6400 Вт

За 3 секунды это 19 200 джоулей.

Итак, в идеальном мире, где весь ток возвращается обратно в батарею и все такое, сколько времени потребуется, чтобы восстановить все мои джоули и вернуть их обратно в мою батарею?

Учитывая скорость заряда 2А:

14 В (выход зарядного устройства?) * 2 А = 28 Вт

Вот где я немного дрожу. Что дальше? Разделите джоули на мощность, чтобы получить время? Похоже на то:

19 200 джоулей / 28 ватт = 11,4 минуты.

Вот и все? 11,4 минуты на 2 А и все 19200 джоулей вернулись? Кажется, трудно поверить. Мое зарядное устройство также имеет настройку 10А. Это означает, что примерно через 2,5 минуты он будет «заряжен».

Итак, мои предположения верны? Вы действительно просто используете напряжение зарядки для расчета этого, кажется, что вам нужно будет сопоставить напряжение зарядки с емкостью / напряжением батареи / чем-то еще.

14 В * 2 А = 28 Вт, но это было бы верно только в том случае, если бы ваша батарея была на 0 В. Если ваша батарея была на 12 В, разница всего в 2 В, 2 В * 2 А = 4 Вт = очень долго заряжать ее. Вот почему автомобильные генераторы переменного тока обычно работают с выходной мощностью 100 А.
Ах, хорошо, это была еще одна вещь, в которой я не был уверен. Спасибо.
Также предполагается, что ваше зарядное устройство будет работать с 2А в батарее 12 В, в действительности это может быть намного меньше, поскольку напряжение батареи приближается к 14 В.
@JohnU, это то, о чем я тоже задавался вопросом, поскольку напряжение на батарее будет расти так же, как и с зарядным конденсатором, тем самым снижая ток заряда. Однако применительно к автомобилям действуют ли генераторы переменного тока как источники постоянного тока, а не как источники постоянного напряжения с высокой токовой нагрузкой?
@sherrellbc - (традиционные) генераторы переменного тока работают при фиксированном (немного) напряжении, обычно 13,8–14,4 В. Конечно, пытаясь поднять напряжение батареи выше ~ 12 В, они также питают все системы автомобиля. Современные «умные» генераторы переменного тока делают все ставки, они делают все возможное во имя экономии энергии, обходятся без батареи меньшего размера, обслуживая начинающие появляться современные типы батарей AGM. Они могут достигать почти 20 В после запуска. , или упадите почти до 12 В, чтобы снизить нагрузку на двигатель при движении. Или сделайте что-нибудь еще в любое время, когда ECU решит.
Использование тока и напряжения вносит МНОГО неопределенностей. Ваши расчеты (и те в ответах, которые считают ваши предположения правильными) НАМНОГО завышены. Следует взять мощность стартера (обычно 1-1,5 кВт, что все же завышено, если учесть падение напряжения на аккумуляторе) и время запуска автомобиля. Проверьте здесь для лучшего расчета и адаптируйте ответы ниже: physics.stackexchange.com/questions/57794/… По сути, это не 19,2 кДж, как вы написали, а всего 4 кДж.
FWIW Я всегда слышал, что 30 минут даются как практическое правило (автомобилистами, а не электронщиками) для того, чтобы перезарядить полностью разряженную батарею, прежде чем можно будет безопасно выключить машину. Так что цифры в этой теме кажутся мне довольно разумными, порядок величины.
@JohnU Это не так. Общая мощность, выдаваемая зарядным устройством, равна зарядному напряжению, умноженному на зарядный ток. Часть его рассеивается на внутреннем сопротивлении батареи. Остальное поглощается при напряжении холостого хода батареи. В этой простой модели потребляемая мощность, которая фактически заряжает аккумулятор, составляет 12 В x 2 А = 24 Вт, а не 4 Вт. 4 Вт рассеивается в виде тепла.

Ответы (5)

Нет, это не джоули на входе = джоули на выходе. В первом приближении кулоны на входе = кулоны на выходе. Это электроны, протекающие по цепи, которые участвуют в химической реакции внутри батареи (но не со 100% эффективностью).

Забудьте о расчете энергии/мощности/напряжения и просто сделайте ампер-секунды для зарядки равными ампер-секундам для разрядки, а затем умножьте на коэффициент выдумки, чтобы учесть неэффективность.

500 А × 3 с = 1500 As = 2 А × 750 с = 10 А × 150 с

750 с = 12,5 минут

Показатель около 90% эффективности, поэтому 12,5 минут / 0,90 = около 14 минут.

Хорошо, это намного проще. Как на это влияет напряжение? В частности, что произойдет, если я буду заряжать 15 В вместо 13 В? Как выбрать напряжение заряда и как оно влияет на зарядку?
@Nick: Напряжение заряда просто влияет на мгновенный ток, поступающий в батарею, в зависимости от текущего внутреннего напряжения и внутреннего сопротивления батареи. Более высокое напряжение подразумевает больший ток, но может потребоваться ограничение тока до определенного значения в зависимости от физической конструкции батареи.
Я никогда особо не задумывался об этом. Если вы подключаете разряженную батарею (скажем, 12 В) к потенциалу 15 В, вы, по сути, закорачиваете 3 В только через сопротивление провода. Каковы последствия этого? Предполагая сопротивление 1 Ом, это просто эквивалентно зарядке аккумулятора постоянным током 3 А? Никаких дальнейших последствий (при условии, что ток может быть подан)? Также вероятно, что достаточно короткий провод имеет сопротивление << 1 Ом, поэтому в этом случае ток должен быть намного выше 3 А.
500 CCA — это максимальный номинал аккумулятора. Обычно для запуска автомобиля требуется всего 100-200 А, поэтому, по вашим расчетам, для зарядки аккумулятора требуется около 5 минут.
@sherrelbc Аккумулятор также имеет внутреннее сопротивление, довольно высокое при разрядке. это не короткое замыкание.

Для «Достаточно близко» вы можете использовать

T заряда = T разряда * (i разряда / i заряда ) * k

k представляет собой безразмерный коэффициент полезного действия по току и зависит от химического состава батареи, скорости зарядки и разрядки, уровня заряда батареи и фазы луны (а иногда и от того, является ли сегодня выходным днем), но для

  • свинцово-кислотный аккумулятор: от 1,1 до 1,2
  • литий-ионный аккумулятор: около 1,01
  • никель-металлогидрид (NiMH): примерно от 1,15 до 1,2

Это просто говорит о том, что время заряда и разряда обратно пропорционально потребляемому току, умноженному на переменную константу.

«Постоянная» варьируется из-за многих факторов. Химия лития не имеет вторичных реакций, которые «съедают» потребляемый ток. NimH (и NiCd) имеют вторичные химические реакции, которые производят газы, тепло и другие забавные вещи и потребляют часть поставляемой энергии.

Примечание. Текущие коэффициенты не совпадают с коэффициентами заряда энергии .
При зарядке ток, протекающий через внутреннее сопротивление, вызовет падение напряжения между input и battery_proper, поэтому V in должно быть больше , чем V battery_proper , поскольку падение тока на внутреннем сопротивлении теряется.

При разрядке внутреннее сопротивление снова снижает напряжение, но теперь V out будет ниже, чем V battery_proper из-за внутренних падений. Таким образом, вы теряете в обоих направлениях . Общий,

(энергоэффективность) = k * (V вых, среднее / V вх , среднее )

При больших токах (например, при проворачивании стартера автомобиля) на внутреннем сопротивлении может падать до половины общего напряжения. Это означает, что менее чем полностью заряженный автомобильный аккумулятор на 12 В в плохом состоянии может измерять напряжение 6 В на клеммах во время проворачивания коленчатого вала. Тот же аккумулятор потребует до 13,6 В при зарядке.

Таким образом, КПД по напряжению при разрядке пуском и зарядке при почти полностью заряженной батарее равен 6/13,6 = ~44%. Это после упомянутого выше КПД 90% для свинцово-кислотного.
Так, например, почти полностью заряженная свинцово-кислотная батарея, которая «немного устала», может обеспечить 0,9 :* 0,44 = ~40% энергоэффективности для разряженной энергии по сравнению с энергией заряда.

Подожди, ты хочешь сказать, что LiIon и NiMH — это «сверхединство»?!?
@DaveTweed - Нет - я говорю, что имел в виду потоки зарядки и разрядки и смешал их. (Обычно я думаю о том, «сколько тока я получаю на 1 А на входе» — он спрашивает о том, «сколько я должен вложить, чтобы получить ххх». Я заметил это во время редактирования и задался вопросом, может ли кто-нибудь поднимите его, прежде чем я исправил его в окончательной версии.Вы сделали :-).
+1 За приведение в фазу луны и праздничные дни. Я всегда привожу их, когда говорю о карбюраторах с людьми.

Даже если ваша батарея выдает 500 А, это ПИКОВЫЙ ток, когда двигатель остановлен и нет обратной ЭДС, поэтому в основном двигатель представляет собой небольшое сопротивление и индуктивность. После того, как двигатель начинает вращаться, обратная ЭДС снижает ток, потребляемый аккумулятором. Я думаю, что эти огромные токи истощаются только для мс.

Не угадай. Фактически, стартер для автомобильного двигателя работает с током, близким к току останова, в течение всего времени запуска, пока двигатель не уловит и не снимет механическую нагрузку со стартера. Для запуска современного двигателя с высокой степенью сжатия действительно требуется несколько л.с. (= несколько кВт). Однако имейте в виду, что система зарядки автомобиля мощностью от 50 до 100 А и более может восстановить пусковой заряд в течение минуты или двух.
@DaveTweed, откуда тогда взялось предположение в ОП о пусковом токе 500 А?
@sherrelbc: я не знаю; вам придется спросить его. Это просто значение, которое мы все используем здесь для конкретности в обсуждении. Подставьте любое значение в уравнения.

Если для запуска двигателя требуется 500 А в течение 3 секунд, используется 1500 ампер-секунд. Если аккумулятор заряжается током 1 А, то для получения 1500 ампер-секунд требуется 1500 секунд (25 минут).

Напряжение покоя полной батареи составляет 13,8 Вольт при нормальной температуре. Регулятор генератора выдает от 14,4 до 14,7 Вольт. Это перенапряжение необходимо, иначе батарея никогда не будет полностью заполнена, и для ее зарядки потребуется бесконечное время. Между напряжением покоя и заряда разница составляет менее 1 Вольта, что достаточно мало, чтобы не вызывать электролиза воды (т.е. «выкипания» батареи) в нормальных условиях.

Внутреннее сопротивление батареи настолько низкое, что эта разница в 1 вольт приведет к тому, что в батарею будет поступать около 50 ампер, даже когда она полностью заряжена. Однако пластины аккумулятора и электролит также образуют грубый электролитический конденсатор, который заряжается до этой разницы и закрывает разрыв. Этот заряд конденсатора — это то, что вы видите, когда измеряете недавно заряженную батарею, и требуется около минуты, чтобы он рассеялся, протекая обратно через себя.

По сути, у вас есть батарея с дырявым конденсатором, соединенным последовательно. Когда вы запускаете автомобиль, часть заряда пластин используется, и когда генератор начинает возвращать заряд, он сначала заряжает этот конденсатор, и то, что просачивается, фактически заряжает пластины. Вот почему свинцово-кислотному аккумулятору для зарядки требуется перенапряжение — зарядка точно при 13,8 В никогда не наполнит его.

Таким образом, не имеет большого значения, насколько велик ваш генератор переменного тока - батарея будет брать все, что захочет, и поэтому на самом деле от батареи зависит, сколько времени потребуется для зарядки после запуска автомобиля. По мере того, как батарея стареет, развивается сульфатация и коррозия пластин, эффект конденсатора становится сильнее, и для фактической зарядки батареи требуется все больше и больше времени.

В конце концов, когда все станет совсем плохо, будет казаться, что батарея держит заряд до тех пор, пока вы держите соединительные кабели подключенными, потому что весь заряд находится в конденсаторе, а не в самих пластинах.

Прежде всего, любой батарее потребуется «перенапряжение» по сравнению с электрохимическим потенциалом для зарядки. Наличие конденсатора параллельно (а не последовательно) не является отличительным фактором. Во-вторых, этот ответ вводит в заблуждение. Количество времени, необходимое для зарядки аккумулятора, по-прежнему полностью определяется протекающим током, конденсатором или нет. При сульфатации происходит только то, что конденсатор сразу же заряжается и зарядный ток прекращается. С другой стороны, если зарядный ток по-прежнему составляет 2 А, как предполагает OP, расчетное время зарядки является правильным.
Сколько времени нужно, чтобы зарядить автомобильный аккумулятор после запуска?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v