Batteriewerte

Da Batterien einen Stromfluss in einem Stromkreis erzeugen, indem sie Elektronen in ionischen chemischen Reaktionen austauschen, und eine begrenzte Anzahl von Molekülen in jeder geladenen Batterie zur Verfügung steht, um zu reagieren, muss eine begrenzte Gesamtladung vorhanden sein, die jede Batterie vorher durch einen Stromkreis motivieren kann seine Energiereserven sind erschöpft. Die Batteriekapazität könnte in Form einer Gesamtzahl von Elektronen gemessen werden, aber das wäre eine riesige Zahl. Wir könnten die Einheit des Coulomb . verwenden (entspricht 6,25 x 10₁₈ Elektronen oder 6.250.000.000.000.000.000 Elektronen), um die Quantitäten praktischer zu machen, aber stattdessen eine neue Einheit, die Amperestunde , wurde zu diesem Zweck erstellt. Da 1 Ampere tatsächlich eine Flussrate von 1 Coulomb Elektronen pro Sekunde ist und eine Stunde 3600 Sekunden hat, können wir ein direktes Verhältnis zwischen Coulomb und Amperestunden angeben:1 Amperestunde =3600 Coulomb. Warum ein neues Gerät erfinden, wenn ein altes gut getan hätte? Natürlich um dir das Leben als Studenten und Techniker zu erschweren!

Ampere-Stunden-Anwendung zum Messen der Batteriekapazität

Eine Batterie mit einer Kapazität von 1 Amperestunde sollte in der Lage sein, eine Last genau 1 Stunde lang kontinuierlich mit Strom von 1 Ampere zu versorgen, oder 2 Ampere für 1/2 Stunde oder 1/3 Ampere für 3 Stunden usw., bevor vollständig entladen werden. Bei einer idealen Batterie ist diese Beziehung zwischen Dauerstrom und Entladezeit stabil und absolut, aber echte Batterien verhalten sich nicht genau so, wie es diese einfache lineare Formel anzeigen würde. Wenn eine Amperestundenkapazität für eine Batterie angegeben wird, wird sie daher entweder für einen bestimmten Strom, eine bestimmte Zeit oder als Nennwert für einen Zeitraum von 8 Stunden angegeben (wenn kein begrenzender Faktor angegeben ist).

Beispielsweise kann eine durchschnittliche Autobatterie eine Kapazität von etwa 70 Amperestunden haben, angegeben bei einer Stromstärke von 3,5 Ampere. Dies bedeutet, dass die Zeit, in der diese Batterie einer Last kontinuierlich 3,5 Ampere Strom liefern könnte, 20 Stunden (70 Amperestunden / 3,5 Ampere) betragen würde. Aber nehmen wir an, dass eine Last mit niedrigerem Widerstand an diese Batterie angeschlossen ist, die kontinuierlich 70 Ampere zieht. Unsere Ampere-Stunden-Gleichung sagt uns, dass die Batterie genau 1 Stunde (70 Ampere-Stunden / 70 Ampere) durchhalten sollte, aber dies trifft im wirklichen Leben möglicherweise nicht zu. Bei höheren Strömen leitet die Batterie mehr Wärme über ihren Innenwiderstand ab, was dazu führt, dass die darin ablaufenden chemischen Reaktionen verändert werden. Es besteht die Möglichkeit, dass sich der Akku einige Zeit vor vollständig entladen hat die berechnete Zeit von 1 Stunde unter dieser höheren Belastung.

Umgekehrt, wenn eine sehr geringe Last (1 mA) an die Batterie angeschlossen würde, würde unsere Gleichung sagen, dass die Batterie 70.000 Stunden oder knapp 8 Jahre (70 Amperestunden / 1 Milliampere) Strom liefern sollte, aber die Wahrscheinlichkeit ist groß, dass ein Großteil der chemischen Energie in einer echten Batterie aufgrund anderer Faktoren (Verdunstung des Elektrolyts, Verschleiß der Elektroden, Leckstrom in der Batterie) lange vor Ablauf von 8 Jahren entladen worden wäre. Daher müssen wir das Ampere-Stunden-Verhältnis als idealen Näherungswert für die Batterielebensdauer betrachten, wobei die Ampere-Stunden-Zahl nur in der Nähe des vom Hersteller angegebenen Stroms oder der angegebenen Zeitspanne vertraut wird. Einige Hersteller bieten Amperestunden-Derating-Faktoren an, die eine Reduzierung der Gesamtkapazität bei unterschiedlichen Strom- und/oder Temperaturniveaus angeben.

Für Sekundärzellen liefert die Amperestunden-Nennleistung eine Regel für die erforderliche Ladezeit bei jedem gegebenen Ladestrompegel. Zum Beispiel sollte die 70-Ampere-Stunden-Autobatterie im vorherigen Beispiel 10 Stunden brauchen, um aus einem vollständig entladenen Zustand mit einem konstanten Ladestrom von 7 Ampere (70 Ampere-Stunden / 7 Ampere) aufzuladen.

Ungefähre Amperestunden-Kapazitäten einiger gängiger Batterien sind hier angegeben:

• Typische Autobatterie:70 Amperestunden bei 3,5 A (Sekundärzelle)
• Kohle-Zink-Batterie der Größe D:4,5 Amperestunden bei 100 mA (Primärzelle)
• 9-Volt-Kohle-Zink-Batterie:400 Milliamperestunden @ 8 mA (Primärzelle)

Wie überprüfe ich den Zustand der Batterie – mit und ohne Last?

Wenn sich eine Batterie entlädt, verringert sich nicht nur ihr interner Energiespeicher, sondern auch ihr Innenwiderstand steigt (da der Elektrolyt immer weniger leitfähig wird) und ihre Leerlaufspannung sinkt (da die Chemikalien immer dünner werden). ). Die täuschendste Änderung, die eine sich entladende Batterie aufweist, ist ein erhöhter Widerstand. Die beste Überprüfung des Batteriezustands ist eine Spannungsmessung unter Last , während die Batterie einen erheblichen Strom durch einen Stromkreis liefert. Andernfalls kann eine einfache Überprüfung des Voltmeters an den Klemmen fälschlicherweise eine gesunde Batterie (ausreichende Spannung) anzeigen, obwohl der Innenwiderstand erheblich angestiegen ist. Was einen „erheblichen Strom“ ausmacht, wird durch die Designparameter der Batterie bestimmt. Ein Voltmeter-Check, der eine zu niedrige Spannung aufdeckt, würde natürlich positiv auf eine entladene Batterie hinweisen:

Vollständig geladener Akku:

Nun, wenn sich der Akku etwas entlädt. . .

. . . und entlädt sich etwas weiter. . .

. . . und ein bisschen weiter, bis es tot ist.

Beachten Sie, wie viel besser sich der wahre Zustand der Batterie zeigt, wenn ihre Spannung unter Last überprüft wird, im Gegensatz zu ohne Last. Heißt das, dass es sinnlos ist, eine Batterie nur mit einem Voltmeter (ohne Last) zu überprüfen? Nun, nein. Wenn ein einfacher Voltmeter-Check bei einer 13,2-Volt-Batterie nur 7,5 Volt ergibt, dann wissen Sie zweifelsfrei, dass sie tot ist. Wenn das Voltmeter jedoch 12,5 Volt anzeigt, ist es möglicherweise fast vollständig aufgeladen oder etwas erschöpft – ohne eine Lastprüfung konnte man es nicht sagen. Beachten Sie auch, dass der Widerstand, der verwendet wird, um eine Batterie unter Last zu setzen, für die erwartete Verlustleistung ausgelegt sein muss. Bei der Überprüfung großer Batterien wie einer Blei-Säure-Batterie eines Autos (12 Volt Nennspannung) kann dies einen Widerstand mit einer Nennleistung von mehreren hundert Watt bedeuten.

RÜCKBLICK:

• Die Amperestunde ist eine Einheit der Batteriekapazität, gleich der Menge des Dauerstroms multipliziert mit der Entladezeit, die eine Batterie liefern kann, bevor ihr interner Speicher an chemischer Energie erschöpft ist.

• Eine Akkuleistung in Amperestunden ist nur eine ungefähre Angabe der Ladekapazität des Akkus und sollte nur dem vom Hersteller angegebenen aktuellen Stand oder der aktuellen Zeit vertraut werden. Auf sehr hohe Ströme oder sehr lange Zeiten kann eine solche Bewertung nicht mit Genauigkeit extrapoliert werden.
• Entladene Batterien verlieren an Spannung und erhöhen den Widerstand. Die beste Überprüfung auf eine leere Batterie ist ein Spannungstest unter Last.

VERWANDTE ARBEITSBLÄTTER:

• Arbeitsblatt Batterien
• Arbeitsblatt zur grundlegenden Verwendung von Voltmetern