Расчет вольт-амперных разрядных характеристик свинцовых стартерных аккумуляторных батарей

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

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, hП, м	Пло-щадь плас-тин одно-сто-ронняя SП, м	Толщина сипаратора, м	Шаг сборки, Нсб.м
поло-жит. n+	отри-цат. n-	поло-жит. δ+	отри-цат. δ-	по ребру δр	по те-лу δт
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					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
от -40°С до 0°С	от 0°С до 40°С
6СТ-60, 6СТ-75, 6СТ-90		4,0	1,7
6СТ-50, 6СТ-32 6СТ-132, 3СТ-150,		3,2	2,2
6СТ-182 6СТ-45, 3СТ-65,		3,5	2,0
3СТ-80 3СТ-95, 3СТ-110, 3СТ-215		4,0	1,5
3СТ-80, 3СТ-95 3СТ-110, 6СТ-129, 6СТ ЭН-140М		4,0	1,5
6СТ-55		3,2	1,1
6СТ-190		3,4	1,2

Таблица 3.

Значение коэффициента С в зависимости от температуры электролита и разряженности батареи

Степень разряженности батареи, ΔСр, %	Коэффициент С при температуре электролита, °С
-40	-30	-20	-10
	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 ΔСр, %
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
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 Кn = 1,87 для свинцово-сурьмянистых сплавов;

Кn = 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