निरंतर वर्तमान / लोड के तहत क्षारीय बैटरी वोल्टेज का वर्णन करने का कार्य

Question

परिचय

आमतौर पर इस्तेमाल की जाने वाली अल्कलाइन बैटरी (ड्यूरेकल आदि) में एक बहुत ही दिलचस्प डिस्चार्ज कर्व होता है। उदाहरण के लिए, एक एए ड्यूरासेल में निरंतर लोड के तहत निम्नलिखित वोल्टेज विशेषताएं हैं,

और लगातार चालू:

( http://www.procell.nl/pc1500.pdf )

बैटरी वोल्टेज तापमान से भी प्रभावित होता है। उदाहरण के लिए, मेरे हाल के कुछ परीक्षणों से उतार-चढ़ाव लगभग उस दिन (तापमान) के समय के अनुरूप होता है, जिसे उन्होंने मापा था। यदि बैटरी अधिक गर्म होती है, तो उन्होंने एक उच्च वोल्टेज मापा।

सवाल

इससे पहले कि मैं खुद ऐसा करने की कोशिश करूं, क्या किसी को वर्तमान और / या निरंतर लोड के तहत एक क्षारीय कोशिका के वोल्टेज का वर्णन करने के लिए एक गणितीय कार्य पता है? एक अतिरिक्त बोनस एक ऐसा कार्य होगा जो एक पैरामीटर के रूप में तापमान लेता है। बेशक एक रेखीय सन्निकटन अक्सर ग्रस्त होता है, लेकिन मैं एक बेहतर फिट के बाद हूं।

इसका उद्देश्य परीक्षण के तहत एक डिवाइस से ली गई बैटरी वोल्टेज रीडिंग के लिए वक्र (फ़ंक्शन का प्रतिनिधित्व करना) को फिट करना है। यह विभिन्न तापमानों पर बैटरी जीवन और बैटरी जीवन की भविष्यवाणियों को सक्षम करेगा।

Comments

यह सिर्फ $ 0.02 की टिप्पणी है। देखें कि सबसे अच्छी परिस्थितियों में आपको 2 कोशिकाओं के बीच कितनी भिन्नता मिलेगी। 2 कोशिकाओं की ओर से माप लीजिए। यदि आप कर सकते हैं, तो 1% लोड प्रतिरोधों का उपयोग करें। कोशिकाओं को उसी पैकेज से लें, जिसका अर्थ होगा कि वे एक ही समय और स्थान पर बने थे।

— निक एलेक्सीव

शेष ईएसआर बनाम क्षमता में भी परिवर्तन होता है जो लोड के तहत वोल्टेज से संबंधित होता है, इसलिए शुद्ध वोल्टेज बनाम समय दोनों का कारक होना चाहिए। लिथियम बैटरी में इसका उच्चारण अधिक होता है, इसलिए वक्र का घुटना तेज होता है।

— टोनी स्टीवर्ट Sunnyskyguy EE75

टिप्पणियों के लिए धन्यवाद। @NickAlexeev मैं एक ही बैटरी पैक और समान निरंतर लोड के साथ उपकरणों का उपयोग करके वास्तव में पहले से ही बहुत सारे क्षेत्र डेटा प्राप्त कर चुका हूं। मैं इस डेटा बैटरी वोल्टेज डेटा, और अन्य उपकरणों के लिए फिट होने के लिए एक फ़ंक्शन के बाद हूं।

— जियोमेट्रिअकल

यदि आपके पास पहले से दिखाए गए ग्राफ़ की तरह बहुत अधिक डेटा है, तो आप संभवतः एक दिए गए तापमान पर एक n-डिग्री बहुपद फिट कर सकते हैं। यदि बैटरी वोल्टेज बनाम तापमान का एक रैखिक संबंध है (ठीक है, तो सुनिश्चित करें कि गैर-रैखिकता की कुछ डिग्री है), बैटरी वोल्टेज को निरंतर भार या वर्तमान और तापमान के एक समारोह के रूप में बनाना बहुत तुच्छ होगा।

— माइकल चोई

मैंने "लगातार भार" की व्याख्या "लगातार बिजली लोड" के रूप में की - मैं वास्तव में इस वक्र को देखना चाहूंगा। यह निरंतर प्रवाह का एक विकृत संस्करण होना चाहिए, वोल्टेज में दो का एक कारक है इसलिए घटता के शुरू और अंत के बीच पावर आउटबट में दो का एक कारक होना चाहिए। मैं यूएसबी चार्जर (ऑफ-ग्रिड उपयोग के लिए) बनाने के लिए सूखी कोशिकाओं पर वोल्टेज नियामक का उपयोग करता हूं। इन वक्रों से हमें पता चलता है कि लगभग 0.9 वोल्ट तक बिजली है, इसलिए शुष्क कोशिकाओं के कुशल उपयोग के लिए हमें 5 वी प्राप्त करने के लिए उनमें से लगभग 6 की आवश्यकता है।

— टोनी रॉबिन्सन

Answer 1

एक समीकरण / मॉडल जो बैटरी वोल्टेज पर समय, वर्तमान, तापमान आदि के प्रभावों का वर्णन करता है, बहुत उपयोगी होगा। यह और भी बेहतर होगा यदि कोई माइक्रोकंट्रोलर उस मॉडल का उपयोग बैटरी की आंतरिक स्थिति को कम करने / अनुमान लगाने के लिए कर सकता है - विशेष रूप से, चार्ज की स्थिति (SoC) और निर्वहन की गहराई (DoD)। आदर्श रूप से एक बैटरी को देखने के रूप में यह आमतौर पर इस्तेमाल किया जा रहा है, लेकिन शायद सकारात्मक और नकारात्मक वर्तमान की कभी-कभार दालों के साथ बैटरी की जांच करना जानकारीपूर्ण होगा।

मेरी समझ यह है कि बहुत से लोग बैटरी के आंतरिक प्रतिरोध (या अधिक जटिल आरसी नेटवर्क) के साथ श्रृंखला में कुछ आंतरिक वोल्टेज स्रोत के रूप में एक बैटरी का अनुमान लगाते हैं। इसके बजाय एक समीकरण खोजने की कोशिश करें जो सीधे तात्कालिक आंतरिक बैटरी राज्य को दिए गए बैटरी के आउटपुट वोल्टेज देता है और तात्कालिक विद्युत प्रवाह से खींचा जाता है, वे मान लेते हैं कि आंतरिक वोल्टेज स्रोत स्थिर रहता है (एक निश्चित प्रकार की बैटरी रसायन विज्ञान के लिए) और कुछ पाते हैं समीकरण जो धीरे-धीरे बैटरी के आंतरिक प्रतिरोध को समायोजित करता है - जब बैटरी पूरी तरह से चार्ज हो जाती है, तो शून्य के करीब होता है, और धीरे-धीरे बैटरी के निर्वहन के रूप में प्रतिरोध बढ़ जाता है। (अन्य रैपिड-ट्रांसिएंट इफेक्ट्स को आरसी नेटवर्क में फिक्स्ड कैपेसिटर और फिक्स्ड रेसिस्टर्स द्वारा मॉडलिंग किया जाता है)।

• जोनाथन जोहानसन। "प्राथमिक अल्कलीन बैटरियों का गणितीय मॉडलिंग" । घटता है कि बहुत बारीकी से अपने पहले वक्र से मेल खाता है, और आंतरिक रसायन विज्ञान के संदर्भ में एक व्याख्या। (क्या आप बता सकते हैं कि मैं इस तरह के "बेबीलोनियन" स्पष्टीकरण पसंद करता हूं ?)
• Mathworks। जेनेरिक बैटरी मॉडल । आंतरिक वोल्टेज का वर्णन करने के लिए एक निश्चित आंतरिक प्रतिरोध और एक जटिल समीकरण का उपयोग करता है। यह एक वक्र देता है जो आपके पहले वक्र से बहुत निकटता से मेल खाता है। काश, मेरे लिए यह यूक्लिडियन समीकरणों की तरह दिखता है जो अधिक-से-कम सही उत्तर देते हैं, लेकिन मुझे यह समझने में मदद नहीं करते हैं कि वास्तव में क्या चल रहा है।
• मिन चेन, और गेब्रियल ए। रिनकॉन-मोरा। "सटीक बिजली बैटरी मॉडल रनटाइम और I-V प्रदर्शन की भविष्यवाणी करने में सक्षम"
• एमआर जोंगरडेन और बीआर हैवरकोर्ट। "बैटरी मॉडलिंग" ।
• विकिपीडिया: Peukert के नियम । Peukert का नियम एक समीकरण है जो रन-टाइम का अनुमान लगाता है - पूरी तरह से पूरी तरह से सूखा हुआ चार्ज करने के लिए - Peukert घातांक सहित 4 अन्य मापदंडों से।
• गुओलियांग वू, रेंगुई लू, चेंबो झू और सीसी चान। "चार्ज एस्टीमेशन के NiMH बैटरी स्टेट के लिए तापमान सुधार कारक के साथ एक टुकड़ा-वार प्यूएर्ट का समीकरण लागू करें" । गुओलियांग वू एट। अल। तापमान की भरपाई करने के लिए पीयूकेटर एक्सपोनेंट को समायोजित करने का एक तरीका दिखाएं। तो हम 5 मान तक हैं। काश, मेरी समझ यह है कि पीयूकेर्ट का नियम और गुओलियांग दोनों का सुधार विशुद्ध रूप से अनुभवजन्य आंकड़ों के एक समूह के अनुरूप है - यह नहीं बताता कि रन-टाइम उस तरह से क्यों बदलता है। वे केवल आपके ग्राफ पर एक बिंदु देते हैं - वह समय जब आपका ग्राफ निर्माता के पूर्ण निर्वहन वोल्टेज को पार करता है - क्षारीय बैटरी के लिए लगभग 0.8 वी।
• राल्फ हिसे। "पीयूकेर्ट के मुआवजे पर कुछ टिप्पणियां - हम इसका उपयोग क्यों नहीं करते" ।
• अहमद फ़सीह। "ऑटोमोटिव लीड-एसिड बैटरियों का मॉडलिंग और दोष निदान" ।
• मिकेल जी। क्यूगनेटा, मैथ्यू डुबार्य और बोर यान लियावा " पीयूकेर्ट्स लॉ ऑफ ए लीड-एसिड बैटरी एक गणितीय मॉडल द्वारा प्रमाणित " ।
• क्वान-चाओ झुआंग एट। अल। "लिथियम-आयन बैटरियों में इलेक्ट्रोकेमिकल प्रतिबाधा स्पेक्ट्रोस्कोपी का निदान" पी। 192 प्रतिरोधों और कैपेसिटर के एक गुच्छा से बनी बैटरी का एक मॉडल दिखाता है।
• Duracell MN1500 AA डेटाशीट में डिस्चार्ज की गहराई बनाम प्रतिरोध का अच्छा ग्राफ है। लिंक को बदलने के मामले में सभी ड्यूरसेल डेटशीट ।

मैंने सुना है कि एक निर्माता 408 विभिन्न मूल्यों के साथ बैटरी के एक राज्य के प्रभारी मॉडल का उपयोग करता है । क्या कोई बेहतर मॉडल है?

Answer 2

किसी ऐसे व्यक्ति के रूप में कफ बंद करें जिसने एक किशोरी के रूप में इलेक्ट्रॉनिक्स और गणित दोनों में औपचारिक प्रशिक्षण शुरू किया था, और इलेक्ट्रॉनिक्स डिजाइन इंजीनियर के रूप में एप्लाइड गणित (एमडी, 1991 के Univ।) में एक एमएस के साथ समाप्त हो गया और लिथियम आयन ऑक्साइड का उपयोग करने सहित - 20 साल का अनुभव। 1981 में CMOS मेमोरी बैकअप के लिए सेल (हाँ, "दिन में वापस रास्ता") - मैं आपको फ्लैट से कहूंगा कि "बंद" गणितीय समीकरण के लिए कोई भी आशा (जिसमें आप "मापदंडों को" प्लग कर सकते हैं) सही है एक तारे पर कामना के साथ। यह इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों या ऑपरेटिंग पावर के लिए प्राथमिक या माध्यमिक कोशिकाओं के उनके उपयोग के बारे में नहीं है: यह सब इलेक्ट्रोकैमिस्ट्री के बारे में है!

इसलिए इन उपकरणों के पीछे भौतिक (और इलेक्ट्रो) रसायन विज्ञान का अध्ययन करें, क्योंकि यह वास्तविक विज्ञान है, न कि प्रौद्योगिकी। सभी आम बैटरी (जैसा कि हम उन्हें जानते हैं) विद्युत ऊर्जा के रासायनिक स्रोत हैं - या कोई व्यक्ति उस सरल और स्पष्ट तथ्य का उल्लेख करना भूल गया है? (क्या इस मामले को वास्तव में बौद्धिक रूप से पूरी तरह से समझने के लिए बीएसईई की आवश्यकता है?)

Comments

मेरे गुरु कहते थे: "बैटरी हर चीज का एक अछूता कार्य है।"

— निक एलेक्सीव

Answer 3

समय के साथ तात्कालिक वोल्टेज समीकरण दिलचस्प हो सकता है।

लेकिन किसी दिए गए कट-ऑफ वोल्टेज के लिए सबसे महत्वपूर्ण क्या है, किसी दिए गए लोड मूल्य और टाइप {स्थाई I, R, या P) के लिए वाट-घंटे की सेवा क्या है।

अन्य चर जो सेवा जीवन को प्रभावित करते हैं, उनमें प्रति दिन औसत सेवा तापमान का कर्तव्य चक्र शामिल होता है।

आप क्षमता को प्रभावित करने के लिए तापमान का उपयोग करके यहां से परिणाम को एक सूत्र में बदलने की कोशिश कर सकते हैं ।

Answer 4

आप अपने डेटा के आधार पर एक बहुपद वक्र फिट करने के लिए एमएस एक्सेल का उपयोग कर सकते हैं, फिर एक्सेल को चार्ट पर समीकरण प्रदर्शित कर सकते हैं। आपको इसे ठीक से फिट करने के लिए पहला कार्यकाल थोड़ा करना पड़ सकता है। मैं इस सुविधा का उपयोग अक्सर करता हूं, और प्रदर्शित समीकरण को लेता हूं और इसके साथ एक और वक्र उत्पन्न करता हूं। इस तरह मैं बहुपद के पहले कार्यकाल में उन छोटे समायोजन कर सकता हूं जब तक कि गणना की गई वक्र मेरे डेटा को फिट नहीं करती है, तब मेरे पास वास्तविक डेटा का एक बहुत अच्छा अनुमान है।