Batterijclassificaties

Omdat batterijen stroom in een circuit creëren door elektronen uit te wisselen in ionische chemische reacties, en er een beperkt aantal moleculen in een opgeladen batterij beschikbaar is om te reageren, moet er een beperkte hoeveelheid totale lading zijn die elke batterij via een circuit kan motiveren voordat zijn energiereserves zijn uitgeput. De batterijcapaciteit zou kunnen worden gemeten in termen van een totaal aantal elektronen, maar dit zou een enorm aantal zijn. We zouden de eenheid van de coulomb kunnen gebruiken (gelijk aan 6,25 x 10₁₈ elektronen, of 6.250.000.000.000.000.000 elektronen) om de hoeveelheden praktischer te maken om mee te werken, maar in plaats daarvan een nieuwe eenheid, de amp-uur , is voor dit doel gemaakt. Aangezien 1 ampère eigenlijk een stroomsnelheid is van 1 coulomb elektronen per seconde, en er 3600 seconden in een uur zijn, kunnen we een directe verhouding tussen coulombs en ampère-uren aangeven:1 ampère-uur =3600 coulombs. Waarom een ​​nieuwe eenheid verzinnen als een oude het prima zou hebben gedaan? Om je leven als studenten en technici natuurlijk moeilijker te maken!

Amp-uurtoepassing om de capaciteit van de batterij te meten

Een batterij met een capaciteit van 1 ampère-uur moet in staat zijn om precies 1 uur continu stroom van 1 ampère aan een belasting te leveren, of 2 ampère gedurende 1/2 uur, of 1/3 ampère gedurende 3 uur, enz. volledig ontladen raken. In een ideale batterij is deze relatie tussen continue stroom en ontlaadtijd stabiel en absoluut, maar echte batterijen gedragen zich niet precies zoals deze eenvoudige lineaire formule zou aangeven. Daarom, wanneer de capaciteit in ampère-uur voor een batterij wordt opgegeven, wordt deze gespecificeerd op een bepaalde stroomsterkte, een bepaalde tijd of verondersteld te zijn beoordeeld voor een tijdsperiode van 8 uur (als er geen beperkende factor wordt gegeven).

Een gemiddelde auto-accu heeft bijvoorbeeld een capaciteit van ongeveer 70 ampère-uur, gespecificeerd bij een stroomsterkte van 3,5 ampère. Dit betekent dat de hoeveelheid tijd dat deze batterij continu een stroom van 3,5 ampère aan een belasting kan leveren, 20 uur zou zijn (70 ampère-uur / 3,5 ampère). Maar laten we aannemen dat er een belasting met een lagere weerstand op die batterij was aangesloten, die continu 70 ampère trok. Onze amp-uurvergelijking vertelt ons dat de batterij het precies 1 uur moet volhouden (70 ampère-uur / 70 ampère), maar dit is in het echte leven misschien niet waar. Bij hogere stromen zal de batterij meer warmte afvoeren over de interne weerstand, wat tot gevolg heeft dat de chemische reacties die binnenin plaatsvinden veranderen. De kans is groot dat de batterij enige tijd voor volledig leeg zou zijn de berekende tijd van 1 uur onder deze grotere belasting.

Omgekeerd, als een zeer lichte belasting (1 mA) op de batterij zou worden aangesloten, zou onze vergelijking ons vertellen dat de batterij 70.000 uur stroom zou moeten leveren, of iets minder dan 8 jaar (70 ampère-uur / 1 milliampère), maar de kans is groot dat veel van de chemische energie in een echte batterij zou zijn verbruikt door andere factoren (verdamping van elektrolyt, verslechtering van elektroden, lekstroom in de batterij) lang voordat 8 jaar waren verstreken. Daarom moeten we de amp-uurrelatie beschouwen als een ideale benadering van de levensduur van de batterij, de amp-uurclassificatie die alleen wordt vertrouwd in de buurt van de gespecificeerde stroom of tijdspanne die door de fabrikant wordt gegeven. Sommige fabrikanten zullen amp-uur deratingfactoren verstrekken die verlagingen van de totale capaciteit specificeren bij verschillende stroom- en/of temperatuurniveaus.

Voor secundaire cellen biedt de amp-uurclassificatie een regel voor de benodigde oplaadtijd bij een bepaald niveau van laadstroom. De auto-accu van 70 ampère in het vorige voorbeeld zou bijvoorbeeld 10 uur nodig hebben om op te laden vanuit een volledig ontladen toestand met een constante laadstroom van 7 ampère (70 ampère-uur / 7 ampère).

Geschatte amp-uurcapaciteiten van enkele veelgebruikte batterijen worden hier gegeven:

• Typische auto-accu:70 ampère-uur @ 3,5 A (secundaire cel)
• D-koolstof-zinkbatterij:4,5 ampère-uur @ 100 mA (primaire cel)
• 9 volt koolstof-zink batterij:400 milliamp-uur @ 8 mA (primaire cel)

Hoe de staat van de batterij controleren - met en zonder lading?

Naarmate een batterij ontlaadt, vermindert niet alleen de interne energieopslag, maar neemt ook de interne weerstand toe (naarmate de elektrolyt steeds minder geleidend wordt), en de celspanning in open circuit daalt (naarmate de chemicaliën meer en meer verdund worden). ). De meest bedrieglijke verandering die een ontladende batterij vertoont, is een verhoogde weerstand. De beste controle voor de toestand van een batterij is een spanningsmeting onder belasting , terwijl de batterij een aanzienlijke stroom door een circuit levert. Anders kan een eenvoudige voltmetercontrole over de klemmen ten onrechte een gezonde batterij (voldoende spanning) aangeven, ook al is de interne weerstand aanzienlijk toegenomen. Wat een "aanzienlijke stroom" is, wordt bepaald door de ontwerpparameters van de batterij. Een voltmetercontrole om een ​​te lage spanning aan het licht te brengen, zou natuurlijk positief wijzen op een ontladen batterij:

Volledig opgeladen batterij:

Nu, als de batterij een beetje ontlaadt. . .

. . . en loopt wat verder uit. . .

. . . en een beetje verder tot het dood is.

Merk op hoeveel beter de werkelijke toestand van de batterij wordt onthuld wanneer de spanning wordt gecontroleerd onder belasting in tegenstelling tot zonder belasting. Betekent dit dat het geen zin heeft om een ​​batterij te controleren met alleen een voltmeter (onbelast)? Welnee. Als een eenvoudige voltmetercontrole slechts 7,5 volt aangeeft voor een 13,2-volt batterij, dan weet je zonder twijfel dat deze dood is. Als de voltmeter echter 12,5 volt zou aangeven, kan deze bijna volledig zijn opgeladen of enigszins leeg zijn - u zou het niet kunnen zien zonder een belastingcontrole. Houd er ook rekening mee dat de weerstand die wordt gebruikt om een ​​batterij onder belasting te plaatsen, moet worden beoordeeld voor de hoeveelheid stroom die naar verwachting zal worden gedissipeerd. Voor het controleren van grote accu's, zoals een auto-loodzuuraccu (12 volt nominaal), kan dit een weerstand betekenen met een vermogen van enkele honderden watts.

BEOORDELING:

• Het amp-uur is een eenheid van batterij-energiecapaciteit, gelijk aan de hoeveelheid continue stroom vermenigvuldigd met de ontlaadtijd, die een batterij kan leveren voordat de interne voorraad chemische energie is uitgeput.

• Een batterijclassificatie in ampère-uur is slechts een benadering van de laadcapaciteit van de batterij en mag alleen worden vertrouwd op het huidige niveau of de tijd die door de fabrikant is gespecificeerd. Een dergelijke classificatie kan niet met enige nauwkeurigheid worden geëxtrapoleerd voor zeer hoge stromen of zeer lange tijden.
• Ongeladen batterijen verliezen spanning en nemen toe in weerstand. De beste controle op een lege batterij is een spanningstest onder belasting.

GERELATEERDE WERKBLAD:

• Werkblad Batterijen
• Werkblad voor basis voltmetergebruik