Расчет вольт-амперных характеристик аккумуляторных батарей.

Стр 1 из 3Следующая ⇒

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

КАМСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ

ИНЖЕНЕРНО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ АКАДЕМИЯ

Сборник контрольных работ

По электрооборудованию автомобилей и тракторов

Методические указания к выполнению контрольных работ по курсу «Электрооборудование автомобилей и тракторов»

для студентов специальности 190601

Набережные Челны

2010

Сборник контрольных работ по электрооборудованию автомобилей и тракторов: Методические указания к выполнению контрольных работ по курсу «Электрооборудование автомобилей и тракторов» для студентов специальности 190601. /Составитель Ю.И.Шакиров. – Набережные Челны: Изд-во ИНЭКА.

2010. – 31 с.

Рецензент: к.т.н. А. М. Фролов

Печатается в соответствии с решением научно-методического совета Камской государственной инженерно-экономической академии

ÓКамская государственная

инженерно-экономическая

академия, 2010 г.

Содержание

Практическая работа №1 Расчет вольт-амперных разрядных характеристик свинцовых стартерных аккумуляторных батарей …………………………………………………….…………………4

Практическая работа №2 Расчет вольт-амперных характеристик аккумуляторных батарей………………….....15

Практическая работа №3 Баланс электроэнергии автомобилей и автобусов………………………………………..19

Практическая работа №4 Расчет параметров системы зажигания…………………………………………………………27

Практическая работа №1

Расчет вольт-амперных разрядных характеристик свинцовых стартерных аккумуляторных батарей

Для расчета и подбора электропусковой системы ДВС необходимо иметь вольт-амперные разрядные характеристики аккумуляторных батарей при различных условиях пуска. Определение вольт-амперных разрядных характеристик производится экспериментальным путем или расчетными методами.

В настоящее время существуют две методики расчета вольт-амперных разрядных характеристик свинцовых стартерных аккумуляторных батарей.

Эмпирический метод расчета вольт - амперных характеристик, предложенный Боровских Ю.И., основан на статистическом анализе экспериментальных вольт-aмпepныx разрядных характеристик существующих свинцовых стартерных аккумуляторных батарей. Согласно данному методу рассчитываются две точки вольт-амперной разрядной характеристики: U_НР - начальное разрядное напряжение батареи и I_кз тока короткого замыкания, по которым строится характеристики для данных условий разряда.

Начальное разрядное напряжение определяется по формуле:

, (1)

где m - число аккумуляторов в батарее;

t_Э- температура электролита, °С;

ΔС_Р - степень разряженности батареи, %.

Сила тока короткого замыкания аккумуляторной батареи составляет

, (2)

где I_КЗ – сила тока короткого замыкания батареи, А;

I₊ - сила тока короткого замыкания, приходящееся на одну положительную пластину аккумулятора, А;

n₊ - число положительных пластин и аккумулятора (см. таблицу 1)

Для расчета силы тока короткого замыкания, приходящий-ся на одну положительную пластину, используется уравнение:

, (3)

где: I₊₀ – сила тока короткого замыкания, приходящаяся на одну положительную пластину, при температуре электролита 0ºС при первой попытке пуска, А (таблица 2);

b – коэффициент, учитывающий влияние на I₊ температуры электролита (таблица 2);

c – коэффициент, учитывающий влияние на I₊ степени разреженности батареи (таблица 3 );

d – коэффициент, учитывающий влияние на I₊ числа попыток пуска (таблица 4);

z_n – число 10-секундных попыток пуска;

e – коэффициент, учитывающий скорость снижения силы тока короткого замыкания в течение одной попытки пуска (таблица 5);

τ_n - продолжительность попытки пуска, с.

Таблица 1.

Тип бата реи	Емкость номиналь ная С₂₀, А*ч	Кол. акку муля- торов в батарее, m	Количество пластин в аккумуляторе		Толщина пластин, м		Высота пластин, h_П, м	Пло-щадь плас-тин одно-сто-ронняя S_П, м	Толщина сипаратора, м		Шаг сборки, Н_сб.м
Тип бата реи	Емкость номиналь ная С₂₀, А*ч	Кол. акку муля- торов в батарее, m	поло-жит. n₊	отри-цат. n_-	поло-жит. δ₊	отри-цат. δ_-	Высота пластин, h_П, м	Пло-щадь плас-тин одно-сто-ронняя S_П, м	по ребру δ_р	по те-лу δ_т	Шаг сборки, Н_сб.м
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
6ст44АЗ 6ст50 6ст50А 6ст55 6ст55А 6ст55АЗ 6ст65 6ст66АЗ 6ст75 6ст77АЗ 6ст88АЗ 6ст90 6ст90АЗ 6ст105 6ст110АЗ 6ст132 6ст132 6ст135А 6ст182 6ст190 6ст190А Зст150 Зст155 Зст155 Зст215 Зст215А ЗСТ225	44 50 50 55 55 55 65 66 75 77 88 90 90 105 110 132 132 135 182 190 190 150 155 155 215 215 225	6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 3 3 3 3 3 3	5 4 5 6 6 6 7 7 5 8 10 6 7 7 11 9 10 13 13 14 16 10 13 13 15 17 16	4 4 4 7 7 5 8 8 5 7 9 7 7 8 10 10 10 12 14 15 15 11 13 14 16 16 17	0,0015 0,0019 0,0017 0,0017 0,0017 0,0015 0,0017 0,0015 0,0023 0,0015 0,0014 0,0023 0,0019 0,0023 0,0015 0,0023 0,0019 0,0017 0,0023 0,0023 0,0017 0,0023 0,0019 0,0019 0,0023 0,0019 0,0023	0,0015 0,0019 0,0017 0,0014 0,0014 0,0015 0,0014 0,0015 0,0019 0,0015 0,0014 0,0019 0,0019 0,0019 0,0015 0,0019 0,0019 0,0017 0,0019 0,0019 0,0017 0,0019 0,0019 0,0017 0,0019 0,0017 0,0019	0,1230 0,1335 0,1330 0,1190 0,1190 0,1230 0,1190 0,1230 0,1335 0,1230 0,1330 0,1335 0,1335 0,1335 0,1230 0,1335 0,1335 0,1335 0,1335 0,1335 0,1330 0,1335 0,1335 0,1335 0,1335 0,1330 0,1335	0,0176 0,0191 0,0191 0,0170 0,0170 0,0176 0,0170 0,0176 0,0191 0,0176 0,0191 0,0191 0,0191 0,0191 0,0176 0,0191 0,0191 0,0191 0,0191 0,0191 0,0191 0,0191 0,0191 0,0191 0,0191 0,0191 0,0191	0,00115 0,00150 0,00115 0,00110 0,0010 0,00115 0,0011 0,00115 0,00150 0,00115 0,00120 0,00150 0,00150 0,00150 0,00115 0,00150 0,00150 0,00115 0,00150 0,00150 0,00115 0,00150 0,00130 0,0030 0,00150 0,00115 0,00130	0,00030 0,00070 0,00030 0,00065 0,00065 0,00030 0,00065 0,00030 0,00070 0,00030 0,00020 0,00070 0,00070 0,00070 0,00030 0,00070 0,00070 0,00030 0,00070 0,00070 0,00030 0,00070 0,00065 0,00065 0,00070 0,00030 0,00065	0,0056 0,0070 0,0062 0,0056 0,0056 0,0056 0,0056 0,0056 0,0074 0,0056 0,0052 0,0074 0,0070 0,0074 0,0056 0,0074 0,0070 0,0061 0,0074 0,0074 0,0061 0,0074 0,0066 0,0064 0,0074 0,0064 0,0070

Примечание: ширина пластин всех типов батарей составляет b_П = 0,143 м.

Таблица 2.

Значение I₊₀ и коэффициента b для полностью заряженных батарей на первой попытке пуска

Тип аккумуляторной батареи	Тип короткого замыкания I₊₀ при 0°С	Коэффициент b при температуре электролита
Тип аккумуляторной батареи	Тип короткого замыкания I₊₀ при 0°С	от -40°С до 0°С	от 0°С до 40°С
6СТ-60, 6СТ-75, 6СТ-90	222	4,0	1,7
6СТ-50, 6СТ-32 6СТ-132, 3СТ-150,	195	3,2	2,2
6СТ-182 6СТ-45, 3СТ-65,	210	3,5	2,0
3СТ-80 3СТ-95, 3СТ-110, 3СТ-215	225	4,0	1,5
3СТ-80, 3СТ-95 3СТ-110, 6СТ-129, 6СТ ЭН-140М	225	4,0	1,5
6СТ-55	210	3,2	1,1
6СТ-190	222	3,4	1,2

Таблица 3.

Значение коэффициента С в зависимости от температуры электролита и разряженности батареи

Степень разряженности батареи, ΔС_р, %	Коэффициент С при температуре электролита, °С
Степень разряженности батареи, ΔС_р, %	-40	-30	-20	-10	0	10	20	30	40
10 25 33 60	0,24 0,34 0,40 0,50	0,23 0,36 0,44 0,58	0,30 0,42 0,50 0,67	0,32 0,43 0,58 0,73	0,36 0,56 0,68 0,92	0,42 0,67 0,80 1,08	0,53 0,80 0,96 1,26	0,70 0,97 1,14 1,48	0,80 1,20 1,38 1,76

Таблица 4.

Значение коэффициента d при силе тока разряда I_p=3С₂₀ А.

Степень разряженности батареи ΔС_р, %	0	10	20	25	30	40	50
Коэффициент d при расчетах для бензиновых двигателей	1,5	1,8	2,0	2,5	3,0	4,0	5,0

Таблица 5.

Значение коэффициента е в зависимости от температуры электролита при степени разряженности ΔС_р = 25 %.

Температура электролита, °С	-40	-35	-30	-25	-20	-15	-10	-5	0
Коэффициент е	0,27	0,30	0,35	0,42	0,50	0,60	0,75	1,00	1,30

Используя вольт-амперную характеристику батареи, построенную по расчетным значениямU_НР и I_КЗ, можно получить внутреннее сопротивление аккумуляторной батареи

. (25)

Максимальная мощность аккумуляторной батареи составляет

. (26)

Вторая методика определения вольт-амперных разрядных характеристик свинцовых стартерных аккумуляторных батарей приводится в РЗМ 37.003.020-83. С помощью данной методики могут быть рассчитаны вольт-амперные характеристики существующих и проектируемых батарей по значениям конструктивных параметров батарей для первых шести попыток пуска продолжительностью 10 и 15 секунд (см.табл. 1).

Основное уравнение для расчета вольт-амперной разряд-ной характеристики аккумуляторной батареи:

(27)

где U_P – напряжение на полюсных выводах аккумуляторной батареи при разряде, В;

E_б – напряжение батареи при разомкнутой внешней цепи (ЭДС покоя батареи), В;

Е _n – ЭДС поляризации, В;

I_P – сила тока разряда батареи, А;

R_бо – омическое сопротивление аккумуляторной батареи, Ом;

τ _P - момент времени, для которого рассчитывается вольт-амперная характеристика, с;

τ _K - допустимая продолжительность разряда батареи током стартерного режима, с.

При расчете вольт-амперной характеристики на десятой секунде разряда формула ( 27 ) принимает вид

. (28)

Напряжение аккумуляторной батареи при разомкнутой внешней цепи (ЭДС покоя)

, (29)

где m – число аккумуляторов в батарее;

γ – плотность электролита, приведенная к температуре +25°С;

ΔС_р – степень разряженности батареи.

ЭДС поляризации

, (30)

где n – число пластин и аккумуляторе батареи, т.е. суммарное числе положительных и отрицательном пластин;

Sn – площадь пластин односторонняя, т.е. произведение высоту пластин h_П на ширину b_П, м²;

t_Э - температура электролита, С.

Омическое сопротивление аккумуляторной батареи R_бо определяется суммой сопротивлений отдельных участков цепи:

, (31)

где R_Э – сопротивление электролита, Ом;

R_C – сопротивление сепараторов, Ом;

R_П – сопротивление пластин, Ом;

R_М - сопротивление металлических частей (борнов, перемычек и т.д.), Ом.

Сопротивление электролита

, (32)

где ρ_Э – удельное сопротивление электролита, Ом*м;

δ₃ – зазор между пластиной и сепаратором, м;

δ_С и δ_Т - толщина сепаратора соответственно по ребру и по телу, м.

Зазор между пластиной и сепаратором определяется ориентировочно по формуле

, (33)

где Н_сб – шаг сборки, м;

δ₊ и δ_- - толщина положительной и отрицательной пластины соответственно.

Удельное сопротивление электролита

, (34)

Сопротивление сепараторов

, (35)

где К_С - коэффициент, учитывающий материал сепараторов (для сепараторов из мипласта К_С = 0,237, из мипора - 0,292, из поровинила - 0,350).

Сопротивление пластин

(36)

где К n = 1,87 для свинцово-сурьмянистых сплавов;

К n = 1,29 для сплавов с добавками кальция или кадмия, применяемых в необслуживаемых батареях.

Сопротивление металлических частей

, (37)

где К_М - коэффициент, учитывающий особенности конструкции металлических частей аккумулятора и составляющий 2,9 для батарей с отдельными кринками и наружными перемычками: 1,8 - в случае армирования борнов и перемычек медными вставками:1,9 для батарей с общими крышками и необслуживаемых батарей.

Допустимая продолжительность разряда батареи силой тока до Ip = 7С₂₀ А

. (38)

Момент времени, для которого рассчитывается вольт-амперная характеристика

, (40)

где Z_n – число попыток пуска;

τ_n - продолжительность попытки пуска, с.

Для построения вольт-амперной разрядной характеристики аккумуляторной батареи рассчитываются значение напряжения батареи U_НР при силе тока разряда, равной нулю, и значение силы тока короткого замыкания батареи Iкз при напряжении батареи, равном нулю.

Напряжение батареи при силе тока равной нулю (начальное разрядное напряжение батареи) определяется по формуле:

, (41)

где I_P₁ – сила тока разряда, численно равная 2C₂₀, A;

I_P₂ – сила тока разряда, численно равная бС₂₀, A;

U_P₁ – напряжение батареи, рассчитанное по формуле ( 27 ) при силе токи разряда I_P₁, В;

U_P₂ - напряжение батареи, рассчитанное при силе тока разряда I_P₂,В.

Сила тока короткого замыкания батареи при напряжении батареи, равном нулю

. (42)

Через значения U_НР и I_КЗ, отложенные на осях координат, проводится прямая, представляющая аппроксимированную вольт-амперную разрядную характеристику аккумуляторной батареи для расчетных условий (температура электролита, степень разряженности батареи, момент времени).

Таблица 6.

Варианты для расчета

Вариант	АБ	t7	∆Ср	Zn	rnc	γ г/см3
1	6ст44АЗ	20	10	2	10	1,27
2	6ст50	30	25	3	12	1,26
3	6ст50А	20	33	4	14	1,25
4	6ст55	10	50	5	15	1,24
5	6ст55А	0	10	6	14	1,23
6	6ст55АЗ	10	0	5	12	1,22
7	6ст65	20	20	4	10	1,23
8	6ст66АЗ	30	25	3	12	1,24
9	6ст75	40	30	2	14	1,25
10	6ст77АЗ	40	33	1	15	1,26
11	6ст88АЗ	30	20	2	18	1,27
12	6ст90	20	50	3	20	1,28
13	6ст90АЗ	10	0	4	18	1,29
14	6ст103	0	30	5	15	1,28
15	6ст110АЗ	10	20	6	14	1,27
16	6ст132	20	25	5	12	1,26
17	6ст132АЗ	30	33	4	10	1,25
18	6ст182	40	40	3	12	1,24
19	6ст190	40	50	2	14	1,23
20	6ст190А	30	40	1	15	1,22
21	6ст50	20	33	2	18	1,23
22	6ст55	10	25	3	20	1,26
23	6ст60	0	20	4	15	1,27
24	6ст90	10	10	5	14	1,28
25	6ст190	20	0	6	12	1,29

Практическая работа №2

Расчет вольт-амперных характеристик аккумуляторных батарей.

Цель работы: Рассчитать вольт-амперные характеристики (ВАХ) аккумуляторной батареи и определить ее эквивалентное внутреннее сопротивление для вариантов согласно табл. 2

Расчет произвести для температур электролита +20, +10, 0, -10, -20, -30 °С.

ВАХ аккумуляторной батареи принято изображать прямой линией, отсекающей на осях координат отрезки, пропорциональные U_НР и I_БК, ее уравнение

, (43)

где U_Б и I_Б - напряжение и разрядный ток батарей соответственно, В, А;

U_ПР - начальное разрядное напряжение батарей, В;

I_БК - ток короткого замыкания батареи, А.

Начальное разрядное напряжение рассчитывается по формуле

, (44)

где m - число элементов в батарее;

t_Э - температура электролита;

ΔС_Р - степень разряженности аккумуляторной батареи, %.

Ток короткого замыкания батареи, как полностью заряженной, так и разряженной на 25 % на любой попытке пуска рассчитывается по формуле:

, (45)

где n₊ - количество положительных пластин в элементе;

I₊₀– ток замыкания одной пары пластин при 0 °С на первой попытке пуска, А;

b – коэффициент, учитывающий влияние на ток замыкания температуры электролита, А/°С;

d – коэффициент, учитывающий влияние на ток замыкания числа попыток пуска, А/попытку: (при продолжительности одной попытки пуска 10 с (карбюраторные двигатели)). Его значения принимают равными: d = 1,5 А/попытку, если ΔС_Р = 0 и z_П = 1 и d = 2.5 А/попытку, если ΔС_Р = 25% и z_П = 3, а при продолжительности одной попытки пуска 15 с (дизельные двигатели) d = 2,0 А/попытку, если ΔС_Р = 0 и z_П = 1;

d = 3,5 А/попытку, если ΔС_Р = 25% и z_П = 3;

z_П – количество попыток пуска;

τ_П – продолжительность одной попытки пуска, с.

Значения токов короткого замыкания одной пары пластин I₊₀ и коэффициентов b для указанных в аккумуляторных батарей приведены а табл. П.1.

Таблица 1.

Параметры для расчета ВАХ батарей.

Тип аккумуляторной батареи	I₊₀, А	Коэффициенты b₁ и b₂, А/°C
Тип аккумуляторной батареи	I₊₀, А	(от -40°С до 0°С)	(от 0°С до 40°С)
6 Ст-60, 6 Ст-75 6 Ст-90, 6 Ст-105	222	4,0	1,75
6 Ст-45	210	3,5	2,0
6 Ст-55	210	3,2	1,1
6 Ст-132, 6 Ст-150 6 Ст-182	196	3,2	2,2
6 Ст-190	222	3,4	1,2

По найденным значениям начального напряжения и тока короткого замыкания рассчитывают эквивалентное внутреннее сопротивление батареи по формуле

, (46)

где R_Б – сопротивление батареи, Ом.

Рассчитанные для указанных температур вольт-амперные характеристики аккумуляторной батареи строят на графике, как показано на рис. П1, а, а зависимость сопротивления от температуры – на рис. П.1, б.

Рис. 1. Пример построения характеристик: а - V _Б = f ( r _Б ) при t = Var; б – R _Б = f ( t _Э )

Таблица 2.

Варианты для расчета ВАХ аккумуляторных батарей

№ варианта по последней цифре шифра	Марка батареи	Степень разряженности ΔС_Р, %	Количество попыток пуска, Z_n	Количество положительных пластин, n₊	На каких автомобилях применяется
0	6СТ-45	0	1	3	ЗАЗ-968
1	6СТ-55	25	3	6	ВАЗ, АЗЛК
2	6СТ-60	0	1	4	ГАЗ-24
3	6СТ-75	25	3	5	ГАЗ-53, ГАЗ-66
4	6СТ-90	0	1	6	ЗИЛ, ЛИАЗ, ЛАЗ
5	6СТ-105	25	3	7	РАФ-220, ПАЗ-672
6	6СТ-132	0	1	8	МАЗ, КрАЗ
7	6СТ-150	25	3	10	ЛАЗ-697
8	6СТ-182	0	1	13	МАЗ, КрАЗ
9	6СТ-190	25	3	14	КамАЗ, УРАЛ

Практическая работа №3

Дата добавления: 2021-12-10; просмотров: 82; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

12 3 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!