Wie lange dauert das Aufladen einer Autobatterie nach dem Start?

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Angenommen, eine typische 12-V-Blei-Säure-Autobatterie (in der Regel bei 13 V oder so voll geladen) und ein Motorstart dauert ungefähr 500 A über 3 Sekunden. Wie lange dauert es, die Batterie bei einer bestimmten Ladung aufzuladen? Bewertung?

Hier ist mein Versuch von dem, woran ich mich über Physik erinnere:

12,8 V * 500 A = 6400 W

Über 3 Sekunden sind das 19.200 Joule.

Wie lange dauert es in einer perfekten Welt, in der der gesamte Strom direkt in die Batterie zurückfließt und so weiter, bis alle meine Joules wieder in meiner Batterie sind?

Bei einem Ladesatz von 2A:

14 V (Leistung des Ladegeräts?) * 2 A = 28 Watt

Hier bin ich ein bisschen wackelig. Was kommt als nächstes? Teilen Sie die Joule durch die Wattzahl, um Zeit zu gewinnen? Scheint so:

19.200 Joule / 28 Watt = 11,4 Minuten.

Das ist es? 11,4 Minuten bei 2 A und alle 19.200 Joule sind wieder da? Scheint kaum zu glauben. Mein Ladegerät hat auch eine 10A-Einstellung. Das bedeutet, dass es in ca. 2,5 Minuten "aufgeladen" wird.

Sind meine Annahmen also richtig? Verwenden Sie wirklich nur die Ladespannung, um dies zu berechnen, es scheint, als müssten Sie die Ladespannung in Bezug zur Kapazität / Spannung / was auch immer des Akkus setzen.

battery-charging

— Nick
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14 V * 2A = 28 Watt, aber das wäre nur wahr, wenn Ihre Batterie auf 0 V wäre. Wenn Ihre Batterie bei 12 V war, gibt es nur 2 V Unterschied, 2 V * 2A = 4 W = Eine sehr lange Zeit zum Aufladen. Daher laufen Kfz-Generatoren normalerweise mit einer Leistung von 100A.

— John U

Ah, ok, das war eine andere Sache, bei der ich mir nicht sicher war. Vielen Dank.

— Nick

Es wird auch davon ausgegangen, dass Ihr Ladegerät 2A in eine 12-V-Batterie umwandeln würde. In Wirklichkeit kann dies jedoch viel weniger sein, wenn die Batteriespannung gegen 14 V ansteigt.

— John U

@ JohnU, das ist etwas, worüber ich mich auch gewundert habe, da die Spannung an der Batterie genauso steigt wie bei einem Ladekondensator - wodurch der Ladestrom gesenkt wird. Dienen Altenatoren im Zusammenhang mit Kraftfahrzeugen eher als Konstantstromquellen als als Konstantspannungsquellen mit hohen Stromkapazitäten?

— Sherrellbc

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Die Verwendung von Strom und Spannung bringt eine Menge Unsicherheiten mit sich. Ihre Berechnungen (und diejenigen in den Antworten, die Ihre Annahmen als richtig betrachten) werden WEGE überschätzt. Sie sollten die Starterleistung (normalerweise 1-1,5 kW, die immer noch überschätzt wird, wenn Sie den Abfall der Batteriespannung berücksichtigen) und die Zeit zum Starten des Autos mitnehmen. Prüfen Sie hier, um eine bessere Berechnung zu erhalten, und passen Sie die folgenden Antworten an: physics.stackexchange.com/questions/57794/… Im Grunde sind es nicht 19,2 kJ, wie Sie geschrieben haben, sondern nur 4 kJ.

— FarO

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Nein, es ist nicht Joules in = Joules out. In erster Näherung ist es Coulombs in = Coulombs out. Es sind die Elektronen, die durch den Stromkreis fließen und an der chemischen Reaktion in der Batterie teilnehmen (jedoch nicht mit einem Wirkungsgrad von 100%).

Vergessen Sie die Energie- / Leistungs- / Spannungsberechnung und stellen Sie die Amperesekunden für das Laden auf die Amperesekunden für das Entladen und multiplizieren Sie sie dann mit einem Fudge-Faktor, um die Ineffizienzen zu berücksichtigen.

500 A × 3 s = 1500 As = 2A × 750 s = 10 A × 150 s

750s = 12,5 Minuten

Abbildung ca. 90% Wirkungsgrad, also 12,5 Minuten / 0,90 = ca. 14 Minuten.

— Dave Tweed
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Ok, das ist viel einfacher. Wie spielt die Spannung dazu? Was passiert konkret, wenn ich mit 15 V anstelle von 13 V auflade? Wie wählt man eine Ladespannung und wie beeinflusst sie das Laden?

— Nick

@Nick: Die Ladespannung beeinflusst einfach den momentanen Strom, der in die Batterie fließt, basierend auf der aktuellen internen Spannung und dem internen Widerstand der Batterie. Höhere Spannung bedeutet mehr Strom, aber der Strom muss möglicherweise auf einen bestimmten Wert begrenzt werden, der vom physischen Aufbau der Batterie abhängt.

— Dave Tweed

Ich habe noch nie viel darüber nachgedacht. Wenn Sie eine entladene Batterie (z. B. 12 V) an ein 15-V-Potential anschließen, schließen Sie im Wesentlichen nur 3 V über den Drahtwiderstand kurz. Was ist die Folge davon? Unter der Annahme eines Widerstands von 1 Ohm entspricht dies einfach dem Laden des Akkus mit 3 A Dauerstrom? Keine weitere Konsequenz (unter der Annahme, dass Strom geliefert werden kann)? Es ist auch wahrscheinlich, dass ein ausreichend kurzes Kabel einen Widerstand von << 1 Ohm hat, sodass der Strom in diesem Fall zwangsläufig viel höher als 3A ist.

— Sherrellbc

500 CCA ist die maximale Leistung der Batterie. Normalerweise dauert es nur 100-200A, um ein Auto zu starten, also ungefähr 5 Minuten, um die Batterie nach Ihren Berechnungen aufzuladen.

— SurpriseDog

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Für "Nah genug" können Sie verwenden

T _Ladung = T _Entladung * (i _Entladung / i _Ladung ) * k

k ist ein Stromwirkungsgrad ohne Einheit und variiert je nach Batteriechemie, Lade- und Entladeraten, Batterieladezustand und Mondphase (und manchmal auch, ob heute ein Feiertag ist), jedoch für a

Blei-Säure-Batterie: ca. 1,1 bis 1,2
Lithium-Ionen-Akku: ca. 1,01
Nickel-Metallhydrid (NiMH): ungefähr 1,15 bis 1,2

Dies sagt nur, dass Lade- und Entladezeiten umgekehrt proportional zur Stromaufnahme multipliziert mit einer variablen Konstante sind.

Die "Konstante" variiert aufgrund vieler Faktoren. Lithiumchemien weisen keine Sekundärreaktionen auf, die den Stromeingang "auffressen". NimH (und NiCd) haben sekundäre chemische Reaktionen, die Gase, Wärme und andere lustige Dinge erzeugen und einen Teil der zugeführten Energie verbrauchen.

Hinweis: Die aktuellen Verhältnisse stimmen nicht mit den Energieladungsverhältnissen überein.
Beim Laden wird der Stromfluss durch den Innenwiderstand eine Ursache Abfall der Spannung zwischen Eingangs- und battery_proper, so V _in muss sein größer als V _{battery_proper} wie der Stromabfall über den Innenwiderstand verlorengeht.

Beim Entladen sinkt der Innenwiderstand erneut die Spannung, aber V _out ist jetzt aufgrund interner _Abfälle niedriger als V _{battery_proper} . Sie verlieren also in beide Richtungen . Insgesamt,

(Energieeffizienz) = k * (V _{out, Mittelwert} / V _{in, Mittelwert} )

Bei hohen Strömen (wie beispielsweise von einem Auto ein Startermotor Ankurbeln), bis zu etwa der Hälfte der Gesamtspannung kann über den Innenwiderstand fallen gelassen werden. Dies bedeutet, dass eine nicht vollständig geladene 12-V-Autobatterie während des Anlassens an den Klemmen 6 V messen kann. Dieselbe Batterie benötigt beim Laden bis zu 13,6 V.

Wenn also die Spannung durch Anlassen entladen und aufgeladen wird, wenn der Akku fast vollständig aufgeladen ist, beträgt sie 6 / 13,6 = ~ 44%. Dies ist nach dem oben erwähnten Wirkungsgrad von 90% für Bleisäure.
So kann beispielsweise eine nahezu vollständig geladene Blei-Säure-Batterie, die ein bisschen müde ist, eine Energieeffizienz von 0,9% (0,44 = ~ 40%) für entladene Energie gegenüber Ladungsenergie erreichen.

— Russell McMahon
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Warten Sie, sagen Sie, dass LiIon und NiMH "Über-Einheit" sind?!?

— Dave Tweed

@ DaveTweed - Nein - ich sage, dass ich Lade- und Entladefäden im Auge hatte und sie gemischt habe. (Ich denke normalerweise in Bezug auf "wie viel Strom bekomme ich für 1 A in raus" - er fragt in Bezug auf "wie viel muss ich rein, um xxx raus zu bekommen". Ich habe dies während der Bearbeitung entdeckt und mich gefragt, ob jemand es tun würde griff es auf, bevor ich es in der endgültigen Version korrigierte. Du hast es getan :-).

— Russell McMahon

+1 Für Mondphase und Feiertage. Ich stelle immer sicher, dass ich sie mitbringe, wenn ich mit Leuten über Vergaser spreche.

— Nick

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Selbst wenn Ihre Batterie 500A liefert, ist dies der PEAK-Strom, wenn der Motor gestoppt ist und keine Gegen-EMK vorhanden ist. Der Motor hat also im Grunde genommen einen geringen Widerstand und eine geringe Induktivität. Nachdem sich die Motorsterne gedreht haben, senkt die Gegen-EMK den für die Batterie verbrauchten Strom. Ich vermute, diese riesigen Ströme werden nur für ms abgeleitet.

— Joan
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Rate nicht Tatsächlich arbeitet der Anlasser eines Kraftfahrzeugmotors für die Dauer des Anlassens in der Nähe des Stillstandsstroms, bis der Motor die mechanische Last vom Anlasser erfasst und entfernt. Es braucht wirklich ein paar PS (= ein paar kW), um einen modernen Hochkompressionsmotor anzulassen. Beachten Sie jedoch, dass das Ladesystem des Fahrzeugs mit einer Kapazität von 50 bis 100 A oder mehr die Startladung innerhalb von ein oder zwei Minuten wiederherstellen kann.

— Dave Tweed

@ DaveTweed, woher kam die Annahme im OP dann für 500A Anlassstrom?

— Sherrellbc

@ Herrellbc: Ich weiß es nicht; du musst ihn fragen. Das ist nur der Wert, den wir alle hier für die Konkretheit in der Diskussion verwenden. Ersetzen Sie die Gleichungen durch einen beliebigen Wert.

— Dave Tweed

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Wenn zum Starten des Motors 3 Sekunden lang 500 A erforderlich sind, werden 1500 Amperesekunden verwendet. Wenn der Akku mit 1 A aufgeladen wird, dauert es 1500 Sekunden (25 Minuten), bis 1500 Ampere-Sekunden erreicht sind.

— Edward Melaika
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Die Ruhespannung der vollen Batterie beträgt bei Normaltemperatur 13,8 Volt. Der Generatorregler gibt 14,4 bis 14,7 Volt aus. Dieses Überpotential ist notwendig, da der Akku sonst niemals voll wird und unendlich viel Zeit zum Aufladen benötigt. Zwischen der Ruhe- und der Ladespannung liegt eine Differenz von weniger als 1 Volt, die gerade so gering ist, dass sie unter normalen Umständen keine Elektrolyse des Wassers verursacht (dh die Batterie trocken "kocht").

Der Innenwiderstand der Batterie ist so gering, dass durch diese Differenz von 1 Volt etwa 50 Ampere in die Batterie fließen, selbst wenn diese voll ist. Die Batterieplatten und der Elektrolyt bilden jedoch auch einen Rohelektrolytkondensator, der sich auf diese Differenz auflädt und die Lücke schließt. Diese Kondensatorladung sehen Sie, wenn Sie eine kürzlich geladene Batterie messen, und es dauert ungefähr eine Minute, bis sie sich auflöst, wenn sie durch sich selbst zurückleckt.

In der Tat haben Sie eine Batterie mit einem undichten Kondensator in Reihe geschaltet. Wenn Sie das Auto starten, wird ein Teil der Ladung in den Platten verbraucht, und wenn die Lichtmaschine beginnt, die Ladung wieder einzuspeisen, lädt sie zuerst diesen Kondensator auf und alles, was durchläuft, ist das, was die Platten tatsächlich auflädt. Aus diesem Grund benötigt eine Blei-Säure-Batterie zum Aufladen das Überpotential - ein Aufladen bei genau 13,8 Volt würde sie niemals voll werden lassen.

Es spielt also keine Rolle, wie groß Ihre Lichtmaschine ist - die Batterie benötigt alles, was sie benötigt, und es hängt von der Batterie ab, wie lange es dauert, bis sie nach dem Anlassen des Fahrzeugs wieder aufgeladen ist. Wenn die Batterie altert, sich Sulfatierung entwickelt und die Platten abkorrodieren, wird der Kondensatoreffekt stärker und es dauert länger und länger, die Batterie tatsächlich aufzuladen.

Wenn es wirklich schlimm wird, sieht es so aus, als würde die Batterie die Ladung halten, solange Sie die Überbrückungskabel eingeschaltet lassen, da die gesamte Ladung im Kondensator und keine Ladung in den tatsächlichen Platten ist.

— Erkko
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