¿Cuánto tiempo lleva recargar una batería de automóvil después de arrancar?

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Suponiendo una batería de automóvil típica de plomo-ácido de 12 V (generalmente a 13 V aproximadamente cargada por completo), y que toma aproximadamente 500 A durante 3 segundos para arrancar un motor, ¿cuánto tiempo tomará recargar la batería con una carga dada? ¿Velocidad?

Aquí está mi intento de lo que recuerdo de la física:

12.8 V * 500 A = 6400 W

Más de 3 segundos son 19.200 julios.

Entonces, en un mundo perfecto donde toda la corriente regresa a la batería y otras cosas, ¿cuánto tiempo lleva recuperar todos mis julios y volver a colocarlos en mi batería?

Dada una tarifa de carga 2A:

14 V (¿salida del cargador?) * 2 A = 28 vatios

Aquí es donde estoy un poco temblorosa. ¿Que sigue? ¿Divide los julios por la potencia para tener tiempo? Parece que:

19.200 julios / 28 vatios = 11.4 minutos.

¿Eso es? ¿11.4 minutos a 2 A y los 19.200 julios están de vuelta? Parece difícil de creer. Mi cargador también tiene una configuración de 10A. Eso significa que en aproximadamente 2.5 minutos, se "recargará".

Entonces, ¿son correctas mis suposiciones? ¿Realmente solo usa el voltaje de carga para calcular esto, parece que necesitaría poner el voltaje de carga en relación con la capacidad / voltaje / lo que sea de la batería?

battery-charging Mella
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14v * 2A = 28 vatios, pero eso solo sería cierto si su batería estuviera a 0v. Si su batería estaba a 12v, solo hay una diferencia de 2v, 2V * 2A = 4W = Un tiempo muy largo para recargarla. Por eso, los alternadores automotrices suelen funcionar con una salida de 100A.
John U
Ah, está bien, esa era otra cosa de la que no estaba seguro. Gracias.
Nick
También supone que su cargador manejaría 2A en una batería de 12v, en realidad puede ser mucho menor ya que el voltaje de la batería sube a 14v.
John U
@JohnU, esto es algo de lo que yo también me preguntaba, ya que el voltaje de la batería aumentará tal como lo haría con un condensador de carga, lo que reduciría la corriente de carga. Sin embargo, en el contexto de los automóviles, ¿los alteradores actúan como fuentes de corriente constante en lugar de fuentes de voltaje constante con altas capacidades de corriente?
sherrellbc
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El uso de corriente y voltaje introduce MUCHAS incertidumbres. Sus cálculos (y los de las respuestas que toman sus suposiciones como correctas) se sobreestiman. Debe tomar la potencia del motor de arranque (generalmente 1-1,5 kW, que todavía se sobreestima, si considera la caída en el voltaje de la batería) y el tiempo para arrancar el automóvil. Verifique aquí para un mejor cálculo y adapte las respuestas a continuación: physics.stackexchange.com/questions/57794/... Básicamente no es 19.2 kJ como escribió, es solo 4 kJ.
FarO

Respuestas:

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No, no es Joules in = Joules out. Para una primera aproximación, es Coulombs in = Coulombs out. Son los electrones que fluyen a través del circuito los que participan en la reacción química dentro de la batería (pero no al 100% de eficiencia).

Olvídese del cálculo de energía / potencia / voltaje y simplemente haga que los amperios-segundos para cargar sean iguales a los amperios-segundos para descargar, y luego multiplique por un factor de fudge para tener en cuenta las ineficiencias.

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

750s = 12.5 minutos

Figura aproximadamente 90% de eficiencia, entonces los 12.5 minutos / 0.90 = aproximadamente 14 minutos.

Dave Tweed
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Ok, eso es mucho más simple. ¿Cómo juega el voltaje en esto? Específicamente, ¿qué sucede si cargo a 15 V en lugar de 13 V? ¿Cómo se elige un voltaje de carga y cómo afecta la carga?
Nick
@Nick: El voltaje de carga simplemente influye en la corriente instantánea que ingresa a la batería, en función del voltaje interno actual y la resistencia interna de la batería. Un voltaje más alto implica más corriente, pero la corriente puede necesitar limitarse a un cierto valor basado en la construcción física de la batería.
Dave Tweed
Nunca he pensado mucho en esto. Si conecta una batería descargada (digamos 12V) a un potencial de 15V, esencialmente está acortando 3V a través de la resistencia del cable. ¿Cuál es la consecuencia de esto? Suponiendo una resistencia de 1 Ohm, ¿es esto simplemente el equivalente a cargar la batería con corriente continua de 3A? ¿Ninguna otra consecuencia (suponiendo que se pueda suministrar corriente)? También es probable que un cable lo suficientemente corto tenga una resistencia de << 1 Ohm, por lo que la corriente será mucho más alta que 3A en este caso.
sherrellbc
500 CCA es la clasificación máxima de la batería. Normalmente solo se necesitan entre 100 y 200 A para arrancar un automóvil, así que más o menos 5 minutos para recargar la batería según su cálculo.
SurpriseDog
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Para "Lo suficientemente cerca", puede usar

T cargo = T de descarga * (i descarga / i cargo ) * k

k es un factor de eficiencia de corriente sin unidades y varía con la química de la batería, las tasas de carga y descarga, el estado de carga de la batería y la fase de la luna (y, a veces, si hoy es un feriado bancario), pero por un

  • batería de plomo ácido: aproximadamente 1.1 a 1.2
  • batería de iones de litio: aproximadamente 1.01
  • hidruro de níquel-metal (NiMH): aproximadamente 1,15 a 1,2

Esto solo dice que los tiempos de carga y descarga son inversamente proporcionales al consumo de corriente multiplicado por una constante variable.

La "constante" varía debido a muchos factores. Las químicas de litio no tienen reacciones secundarias que "absorben" la entrada de corriente. NimH (y NiCd) tienen reacciones químicas secundarias que producen gases, calor y otras cosas divertidas y consumen parte de la energía suministrada.

Nota: Las relaciones actuales no son las mismas que las relaciones de carga de energía .
Durante la carga, el flujo de corriente a través de la resistencia interna causará una caída en el voltaje entre la entrada y battery_proper, por lo que V en debe ser mayor que V battery_proper medida que se pierde la caída de corriente a través de la resistencia interna.

Al descargar, la resistencia interna vuelve a bajar el voltaje, pero V out ahora será menor que V battery_proper debido a caídas internas. Entonces pierdes en ambos sentidos . En general,

(eficiencia energética) = k * (V out, media / V in, media )

A altas corrientes (como las de un automóvil que arranca un motor de arranque), puede caer hasta aproximadamente la mitad del voltaje total a través de la resistencia interna. Eso significa que una batería de automóvil de 12 V que no está en buenas condiciones, completamente cargada, puede medir 6 V en los terminales durante el arranque. La misma batería requerirá hasta 13.6 & nbap; V cuando se carga.

Entonces, la eficiencia de voltaje, si se descarga por arranque y se carga cuando la batería está casi completamente cargada, es igual a 6 / 13.6 = ~ 44%. Esto es después del 90% de eficiencia mencionada anteriormente para el ácido de plomo.
Entonces, por ejemplo, una batería de plomo ácido casi completamente cargada que está "un poco cansada" puede administrar 0.9 & nbsp: * 0.44 = ~ 40% de eficiencia energética para energía descargada sobre energía de carga.

Russell McMahon
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Espera, ¿estás diciendo que LiIon y NiMH son "sobreunidad"?
Dave Tweed
@DaveTweed - No - Estoy diciendo que tenía en mente los hilos de carga y descarga y los mezclé. (Por lo general, pienso en términos de "cuánta corriente obtengo por 1 A en" - él está preguntando en términos de "cuánto debo poner para sacar xxx". Lo vi durante la edición y me pregunté si alguien lo haría retíralo antes de corregirlo en la versión final. Hiciste :-).
Russell McMahon
+1 Por traer fase de luna y festivos. Siempre me aseguro de traerlos cuando hablo de carburadores con personas.
Nick
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Incluso si su batería entrega 500 A, esa es la corriente PICO, cuando el motor se detiene y no hay EMF posterior, por lo que básicamente el motor tiene una pequeña resistencia e inductancia. Después de que las estrellas del motor giran, el EMF posterior reduce la corriente drenada para la batería. Supongo que estas enormes corrientes se drenan solo para ms.

Joan
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No adivines De hecho, el motor de arranque para un motor de automóvil está operando cerca de la corriente de parada durante el arranque, hasta que el motor atrapa y elimina la carga mecánica del motor de arranque. Realmente requiere unos pocos CV (= unos pocos kW) para arrancar un motor moderno de alta compresión. Sin embargo, tenga en cuenta que el sistema de carga del automóvil, con una capacidad de 50 a 100 A o más, puede restablecer la carga de arranque en un minuto o dos.
Dave Tweed
@DaveTweed, ¿de dónde vino la suposición en el OP para la corriente de arranque de 500A?
sherrellbc
@sherrellbc: No lo sé; Tendrás que preguntarle. Ese es el valor que todos estamos usando aquí para concretar la discusión. Sustituya el valor que desee en las ecuaciones.
Dave Tweed
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Si se requieren 500 A durante 3 segundos para arrancar el motor, se usan 1500 amperios por segundo. Si la batería se recarga a 1 A, se necesitan 1500 segundos (25 minutos) para obtener 1500 amperios-segundo.

Edward Melaika
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El voltaje de reposo de la batería llena es de 13.8 voltios a temperatura normal. El regulador del alternador emite 14.4 a 14.7 voltios. Este potencial excesivo es necesario o de lo contrario la batería nunca se llenaría, tardando infinito tiempo en cargarse. Entre el voltaje de reposo y de carga hay una diferencia de menos de 1 voltio, que es lo suficientemente baja como para no causar electrólisis del agua (es decir, "hervir" la batería en seco) en circunstancias normales.

La resistencia interna de la batería es tan baja que esta diferencia de 1 voltio causaría que fluyan alrededor de 50 amperios a la batería incluso cuando está llena. Sin embargo, las placas de la batería y el electrolito también forman un condensador electrolítico bruto, que carga hasta esta diferencia y cierra la brecha. Esta carga del condensador es lo que ve cuando mide una batería cargada recientemente, y se tarda aproximadamente un minuto en disiparse al filtrarse de nuevo.

En efecto, tiene una batería con un condensador con fugas conectado en serie. Cuando enciende el automóvil, se usa parte de la carga en las placas, y cuando el alternador comienza a cargar nuevamente, carga primero este capacitor y lo que se filtre es lo que realmente carga las placas. Esta es la razón por la cual una batería de plomo-ácido necesita el potencial excesivo para cargarse; cargar exactamente a 13.8 voltios nunca la llenará.

Por lo tanto, no importa mucho qué tan grande sea su alternador: la batería tomará lo que quiera y, por lo tanto, en realidad depende de la batería cuánto tiempo demore en cargarse después de arrancar el automóvil. A medida que la batería envejece, se desarrolla sulfatación y las placas se corroen, el efecto del condensador se vuelve más fuerte y se tarda más y más en llenar la batería.

Eventualmente, cuando se pone realmente mal, parecerá que la batería retiene la carga siempre que mantenga los cables de puente encendidos, porque toda la carga está en el condensador y ninguno en las placas reales.

Erkko
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