Combien de temps faut-il pour recharger la batterie d'une voiture après le démarrage?

17

En supposant une batterie de voiture au plomb-acide typique de 12 V (généralement à 13 V ou à pleine charge), et qu'il faut environ 500 A en 3 secondes pour démarrer un moteur, combien de temps faut-il pour recharger la batterie à une charge donnée taux?

Voici ma tentative de ce que je me souviens de la physique:

12,8 V * 500 A = 6400 W

Plus de 3 secondes, c'est 19 200 joules.

Donc, dans un monde parfait où tout le courant retourne directement à la batterie et ainsi de suite, combien de temps faut-il pour retrouver tous mes joules et les remettre dans ma batterie?

Étant donné un taux de charge de 2A:

14 V (sortie du chargeur?) * 2 A = 28 watts

Voici où je suis un peu fragile. Et après? Divisez les joules par la puissance pour obtenir le temps? Semble comme ça:

19 200 joules / 28 watts = 11,4 minutes.

C'est ça? 11,4 minutes à 2 A et les 19 200 joules sont de retour? Semble difficile à croire. Mon chargeur a également un réglage 10A. Cela signifie donc que dans environ 2,5 minutes, il sera "rechargé".

Alors, mes hypothèses sont-elles correctes? Utilisez-vous vraiment juste la tension de charge pour calculer cela, il semble que vous auriez besoin de mettre la tension de charge en relation avec la capacité / tension / quoi que ce soit de la batterie.

battery-charging

— pseudo
source

3

14v * 2A = 28 Watts, mais cela ne serait vrai que si votre batterie était à 0v. Si votre batterie était à 12v, il n'y a qu'une différence de 2v, 2V * 2A = 4W = Un temps très long pour la recharger. C'est pourquoi les alternateurs automobiles fonctionnent généralement à une sortie de 100 A.

— John U

Ah, ok, c'était une autre chose dont je n'étais pas sûr. Merci.

— Nick

Il suppose également que votre chargeur gérerait 2A dans une batterie 12v, il peut en réalité être beaucoup moins que la tension de la batterie monte vers 14v.

— John U

@JohnU, c'est quelque chose que je me demandais moi aussi car la tension sur la batterie augmentera comme elle le ferait avec un condensateur de charge - réduisant ainsi le courant de charge. Cependant, dans le contexte des automobiles, les altérateurs agissent-ils comme des sources de courant constant plutôt que des sources de tension constante avec des capacités de courant élevées?

— sherrellbc

1

L'utilisation du courant et de la tension introduit BEAUCOUP d'incertitudes. Vos calculs (et ceux dans les réponses qui prennent vos hypothèses comme correctes) sont BEAUCOUP surestimés. Vous devriez prendre la puissance du démarreur (généralement 1-1,5 kW, qui est toujours surestimée, si vous considérez la chute de tension de la batterie) et le temps de démarrer la voiture. Vérifiez ici pour un meilleur calcul et adaptez les réponses ci-dessous: physics.stackexchange.com/questions/57794/… Fondamentalement, ce n'est pas 19,2 kJ comme vous l'avez écrit, c'est seulement 4 kJ.

— FarO

15

Non, ce n'est pas Joules in = Joules out. En première approximation, c'est Coulombs in = Coulombs out. Ce sont les électrons qui traversent le circuit qui participent à la réaction chimique à l'intérieur de la batterie (mais pas à 100% d'efficacité).

Oubliez le calcul énergie / puissance / tension et faites juste les ampères-secondes pour la charge égaux aux ampères-secondes pour la décharge, puis multipliez par un facteur de fudge pour tenir compte des inefficacités.

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

750s = 12,5 minutes

Figure environ 90% d'efficacité, donc les 12,5 minutes / 0,90 = environ 14 minutes.

— Dave Tweed
source

Ok c'est beaucoup plus simple. Comment la tension y joue-t-elle? Plus précisément, que se passe-t-il si je charge à 15 V au lieu de 13 V? Comment choisit-on une tension de charge et comment affecte-t-elle la charge?

— Nick

@Nick: La tension de charge influence simplement le courant instantané entrant dans la batterie, en fonction de la tension interne actuelle et de la résistance interne de la batterie. Une tension plus élevée implique plus de courant, mais le courant peut devoir être limité à une certaine valeur en fonction de la construction physique de la batterie.

— Dave Tweed

Je n'y ai jamais beaucoup réfléchi. Si vous connectez une batterie déchargée (par exemple 12 V) à un potentiel de 15 V, vous court-circuitez essentiellement 3 V sur une résistance de fil uniquement. Quelle en est la conséquence? En supposant une résistance de 1 Ohm, est-ce simplement l'équivalent de charger la batterie avec un courant continu de 3A? Aucune autre conséquence (en supposant que le courant puisse être fourni)? Il est également probable qu'un fil suffisamment court ait une résistance de << 1 Ohm, donc le courant est forcément bien supérieur à 3A dans ce cas.

— sherrellbc

500 CCA est la capacité maximale de la batterie. Normalement, cela ne prend que 100-200A pour démarrer une voiture, donc plus comme 5 minutes pour recharger la batterie par votre calcul.

— SurpriseDog

10

Pour "assez près", vous pouvez utiliser

_Charge T = _décharge T * (i _décharge / i _charge ) * k

k est un facteur d'efficacité du courant sans unité et varie avec la chimie de la batterie, les taux de charge et de décharge, l'état de charge de la batterie et la phase de la lune (et parfois si c'est aujourd'hui un jour férié), mais pour un

batterie au plomb: environ 1,1 à 1,2
batterie au lithium-ion: environ 1,01
hydrure de nickel-métal (NiMH): environ 1,15 à 1,2

Cela indique simplement que les temps de charge et de décharge sont inversement proportionnels à la consommation de courant multipliée par une constante variable.

La "constante" varie en raison de nombreux facteurs. Les chimies du lithium n'ont pas de réactions secondaires qui "absorbent" l'entrée de courant. Le NimH (et le NiCd) ont des réactions chimiques secondaires qui produisent des gaz, de la chaleur et d'autres choses amusantes et consomment une partie de l'énergie fournie.

Remarque: Les ratios actuels ne sont pas les mêmes que les ratios de charge d' énergie .
Lors de la charge, le courant traversant la résistance interne provoquera une chute de tension entre l'entrée et battery_proper, donc V _in doit être supérieur à V _{battery_proper} car la chute de courant à travers la résistance interne est perdue.

Lors de la décharge, la résistance interne baisse à nouveau la tension, mais V _out sera désormais inférieur à V _{battery_proper en} raison de chutes internes. Vous perdez donc dans les deux sens . Global,

(efficacité énergétique) = k * (V _{out, moyenne} / V _{in, moyenne} )

À des courants élevés (comme ceux d'une voiture qui fait démarrer un démarreur), jusqu'à environ la moitié de la tension totale peut chuter à travers la résistance interne. Cela signifie qu'une batterie de voiture 12 V moins que complètement chargée et moins que bonne condition peut mesurer 6 V aux bornes pendant le démarrage. La même batterie nécessitera jusqu'à 13,6 & nbap; V lors de la charge.

Ainsi, l'efficacité de la tension, si elle est déchargée par démarrage et chargée lorsque la batterie est presque entièrement chargée, est égale à 6 / 13,6 = ~ 44%. C'est après l'efficacité de 90% mentionnée ci-dessus pour l'acide de plomb.
Ainsi, par exemple, une batterie au plomb presque complètement chargée qui est un peu «fatiguée» peut gérer 0,9 & nbsp: * 0,44 = ~ 40% d'efficacité énergétique pour l'énergie déchargée par rapport à l'énergie de charge.

— Russell McMahon
source

Attendez, êtes-vous en train de dire que LiIon et NiMH sont une "surunité"?!?

— Dave Tweed

@DaveTweed - Non - je dis que j'avais en tête les fils de charge et de décharge et les ai mélangés. (Je pense généralement en termes de "combien de courant dois-je sortir pour 1 A dans" - il demande en termes de "combien dois-je mettre pour sortir xxx". J'ai repéré cela pendant le montage et je me suis demandé si quelqu'un le ferait reprenez-le avant de le corriger dans la version finale. Vous l'avez fait :-).

— Russell McMahon

+1 Pour avoir introduit la phase de la lune et les jours fériés. Je m'assure toujours de les amener quand je parle de carburateurs avec des gens.

— Nick

2

Même si votre batterie délivre 500A, c'est le courant PEAK, lorsque le moteur est arrêté et qu'il n'y a pas de CEM arrière, donc fondamentalement le moteur est une petite résistance et inductance. Après que les étoiles du moteur tournent, l'EMF arrière réduit le courant drainé pour la batterie. Je suppose que ces énormes courants sont drainés pendant ms seulement.

— Joan
source

3

Ne devinez pas. En fait, le démarreur d'un moteur automobile fonctionne à proximité du courant de calage pendant la durée du démarrage, jusqu'à ce que le moteur rattrape et supprime la charge mécanique du démarreur. Il faut vraiment quelques ch (= quelques kW) pour lancer un moteur moderne à haute compression. Cependant, gardez à l'esprit que le système de charge de l'automobile, d'une capacité de 50 à 100 A ou plus, peut restaurer la charge de démarrage en une minute ou deux.

— Dave Tweed

@DaveTweed, d'où vient l'hypothèse du PO pour le courant de démarrage 500A?

— sherrellbc

@sherrellbc: Je ne sais pas; vous devrez lui demander. C'est juste la valeur que nous utilisons tous ici pour le concret dans la discussion. Remplacez la valeur que vous aimez dans les équations.

— Dave Tweed

2

S'il faut 500 A pendant 3 secondes pour démarrer le moteur, 1500 ampères-secondes sont utilisés. Si la batterie est rechargée à 1 A, il faut 1500 secondes (25 minutes) pour obtenir 1500 ampères-secondes.

— Edward Melaika
source

1

La tension de repos de la batterie pleine est de 13,8 Volts à température normale. Le régulateur de l'alternateur produit 14,4 à 14,7 Volts. Cette surtension est nécessaire, sinon la batterie ne serait jamais pleine, ce qui prend un temps infini pour se charger. Entre la tension de repos et de charge se trouve une différence de moins de 1 Volt, qui est juste assez faible pour ne pas provoquer d'électrolyse de l'eau (c'est-à-dire "faire bouillir" la batterie à sec) dans des circonstances normales.

La résistance interne de la batterie est si faible que cette différence de 1 volt ferait couler environ 50 ampères dans la batterie même lorsqu'elle est pleine. Cependant, les plaques de batterie et l'électrolyte forment également un condensateur électrolytique brut, qui se charge jusqu'à cette différence et comble l'écart. Cette charge de condensateur est ce que vous voyez lorsque vous mesurez une batterie récemment chargée, et il faut environ une minute pour se dissiper en fuyant à travers elle-même.

En effet, vous avez une batterie avec un condensateur qui fuit connecté en série. Lorsque vous démarrez la voiture, une partie de la charge dans les plaques est utilisée et lorsque l'alternateur commence à recharger, il charge d'abord ce condensateur et ce qui fuit est ce qui charge réellement les plaques. C'est pourquoi une batterie au plomb a besoin de la surtension pour se charger - une charge à 13,8 volts exactement ne la remplira jamais.

Donc, peu importe la taille de votre alternateur - la batterie prendra tout ce qu'elle veut, et cela dépend donc du temps nécessaire pour recharger la batterie après le démarrage de la voiture. À mesure que la batterie vieillit, développe une sulfatation et que les plaques se corrodent, l'effet de condensateur devient plus fort et il faut de plus en plus de temps pour recharger la batterie.

Finalement, quand cela devient vraiment mauvais, il semblera que la batterie reste en charge aussi longtemps que vous gardez les câbles de démarrage allumés, car toute la charge est dans le condensateur et aucune dans les plaques réelles.

— Erkko
source