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Wie verhalten sich Spannung, Ladung, Kapazität, Energiegehalt einer Kondensator Batterie wenn gleiche Zellen in Reihe geschaltet werden?
Gesamtspannung = Summe der in Reihe geschalteten Zellspannungen Gesamtladung = Ladung in jeder in Reihe geschalteten Zelle Gesamtkapazität = Einzelkapazität durch die Anzahl der Zellen in Reihe Gesamtenergie = die Summe der Energien der Einzelzellen
Wie verhalten sich Spannung, Ladung, Kapazität, Energiegehalt einer Kondensator Batterie wenn gleiche Zellen parallel geschaltet werden?
Gesamtspannung = Zellspannung
Gesamtladung = Summe der Ladungen der parallel geschalteten Zellen Gesamtkapazität = Einzelkapazität mal die Anzahl der parallelen Zellen Gesamtenergie = die Summe der Energien der Einzelzellen
zu a)
Zustand:
a = Neuzustand
b = Nach wenigen Zyklen
c = Nach mehreren Zyklen
Komponenten:
1 = Stromkollektor
2 = Aktivmaterial
zu b)
Aufladen von Primärzellen mit Elektrolyten, die eine hohe Löslichkeit haben, führt im Laufe weniger Zyklen zum Verlust der Elektrodengeometrie. Neben der Elektrodendeformation besteht die Gefahr, dass sich Dendriten zwischen den Elektroden bilden, die dann zum Kurzschluss führen können.
Eine vollgeladene Batterie mit einer Nennkapazität von C1 = 3,5 Ah wird bei Nenntemperatur entladen.
Wie groß ist der Entladestrom bei einer 1C1 -Rate?
Bei Nenntemperatur kann eine vollgeladene Batterie mit dem Strom I1 in genau 1 Stunde entladen werden:
I1 = 3,5Ah/1h = 3,5 A
Eine vollgeladene Batterie mit einer Nennkapazität von C1 = 3,5 Ah wird bei Nenntemperatur entladen.
Wie groß ist der Entladestrom I5 mit einer Entladezeit von 5 Stunden?
I5 =/= 1/5 I1
I5 darf so nicht berechnet werden
Eine vollgeladene Batterie mit einer Nennkapazität von C_1 = 3,5 Ah wird bei Nenntemperatur entladen.
Der Entladevorgang wird mit einer 0,5C -Rate durchgeführt. Wie groß sind Entladestrom I_0,5C_1 und Entladezeit t_0,5C_1?
I_0,5C_1 = 0,5 × 3,5 A = 1,75 A
t_0,5C_1 = C_1/I_0,5C_1
= 3,5Ah/1,75A = 2h
Eine vollgeladene Batterie mit einer Nennkapazität von C_1 = 3,5 Ah wird bei Nenntemperatur entladen.
Der Entladevorgang wird mit einer 5C -Rate durchgeführt. Wie groß sind Entladestrom I_0,5C_1 und Entladezeit t_0,5C_1?
I = 17,5A
t = 0,2h
Eine vollgeladene Batterie mit einer Nennkapazität von C_1 = 3,5 Ah wird bei Nenntemperatur entladen.
Vergleichen Sie die tatsächlich entnehmbaren Kapazitäten und Entladezeiten bei 0,5C -Rate und 5C-Rate mit 1C_1 -Rate
Die tatsächlich entnehmbare Kapazität bei einer 0,5C-Rate ist mehr als 3,5 Ah.
Die tatsächliche Entladezeit ist länger als 2 Stunden.
Umgekehrt! Die tatsächlich entnehmbare Kapazität bei 5C-Rate ist weniger als 3,5 Ah.
Die tatsächliche Entladezeit ist kürzer als 0,2 Stunden
Eine Vollständig geladene Bleibatterie mit einer Nennkapazität von C_10 = 100Ah weist bei Nenntemperatur für n (Parameter in Peukert Gleichung) einen Wert von 1,2 auf.
Welche stromstärke hat die 1C_10 -Rate?
1C_10 für eine Batterie mit einer Nennkapazität C_10 = 100Ah (vollständig Entladezeit bei Nenntemperatur) entspricht einem Entladestrom von I=100A
Eine Vollständig geladene Bleibatterie mit einer Nennkapazität von C_10 = 100Ah weist bei Nenntemperatur für n (Parameter in Peukert Gleichung) einen Wert von 1,2 auf.
Welche vollständige Entladezeit t_N und Nennstrom I_N weist die Nennkapazität von C_10 = 100Ah bei Nenntemperatur auf?
C_N Zahlenwert der Nennkapazität der Batterie in Ah, N ist die Zeit in h, für Nennkapazität deklasriert ist.
C_10 --> Entladezeit t_N = 10 Stunden
(S12) C_N = I_N × t_N
--> I_N = C_N/t_N = 100Ah/10h = 10A
Eine Vollständig geladene Bleibatterie mit einer Nennkapazität von C_10 = 100Ah weist bei Nenntemperatur für n (Parameter in Peukert Gleichung) einen Wert von 1,2 auf.
Welche Entladezeit und C-Rate hat die vollständig geladene Bleibatterie bei einem Entladestrom von 50A?
Die Temperatur hat einen sehr großen Einfluss auf die tatsächlich entnehmbare Kapazität.
Höhere Temperaturen können zu einer Kapazitätserhöhung führen.
T_6 ist C_N > 100% --> T_6 ist die höchste Temperatur.
--> T1 < T2 < T3 < T4 < T5 < T6
Die tatsächlich entnehmbare Kapazität einer Batterie wird mit zunehmendem Entladestrom kleiner, da die Transportvorgänge innerhalb der Elektroden nicht beliebig schnell möglich sind.
a)
Kapazität C=I*t
Wenn t sinkt, steigt I und C_tatsächlich sinkt
--> t1<t2<t3<t4<t5<t6
b)
C_5- Rate --> C_N= 100% mit einer Entladezeit von 5 Stunden --> t2 = 5h
Warum verwendet man die Bleibatterietechnologie auch für grße Batterien, wenn gleichzeitig die spezifische Energie nicht besonders wichtig ist?
Die geringen Kosten (ab ca. 50€/kWh) im Vergleich zu den anderen Batterietechologien sind insbesondere bei großen Batterien von zentraler Bedeutung
Drei Schlüsselanwendungen teiler den Bleibatteriemarkt in die Segmente Starterbatterien, Traktionsbatterien und Industriebatterien.
Erläutern Sie die Vorteile der Bleibatterien als Starterbatterie
In diesem Anwendungsbereich sind der geringe Preis, gute Kaltstarteigenschaften und die hihe Sicherheit ausschlaggebend
Worauf werden Starterbatterien (Bleibatterien) optimiert?
Leistung und Gewicht
(Bleibatterie)
Um eine große Kapazität zu erzielen und gleichzeitig eine ungünstige Geometrie zu vermindern, werden in der Regel in einer Zelle mehrere Elektroden parallel geschaltet.
Wie bezeichnet man diese Konstruktion?
Plattensatz
(Bleibatterie)
Um eine große Kapazität zu erzielen und gleichzeitig eine ungünstige Geometrie zu vermindern, werden in der Regel in einer Zelle mehrere Elektroden parallel geschaltet.
Erläutern Sie den Vorteil dieser Konstruktion
Abgesehen von den beiden Randplatten, können drei Elektroden auf beiden Seiten arbeiten.
Erläutern Sie die 2 Anforderungen an Aktivematerialien der Bleibatterie
möglichst große Oberfläche
zyklenfest
Je nach den Anforderungen an Leitung, Kosten und Lebensdauer haben sich unterschiedliche Gitterkonstruktionen etabliert. Nennen Sie die zwei wichtigsten Gitterkonstruktionen der Bleibatterien
Gitterplatte
Panzerplatte bzw. Röhrchenplatte
Warum benötigt eine Bleibatterie mit Panzerplatten Bleilegierung?
Da die Stabilität Reinbleis für Panzerplatten nicht ausreicht, werden Bleilegierungen eingesetzt
Welche Gitterlegierung der Bleibatterie ist für Anwendung wie z.B. Traktionsbatterie geeignet?
Blei-Antimon mit >3% Antimongehalt
Nennen Sie die Gitterlegierung die in den meisten verschlossenen Bleibatterien verwendet wird.
Welche Elemente sind für die hohe Korrisionsbeständigkeit der Batterie zuständig?
Blei-Calcium-Zinn mit einer geringen Menge Silber.
Zinn (1,2%) und Silber (0,001-0,004%)
Warum kann man durch eine Dichtmessung des Elentrolyten den Ladezustand einer Bleibatterie bestimmen?
Als Elektrolyt der Bleibatterie wird verdünnte Schwefelsäure eingesetzt. Da im Gegensatz zu anderen Batteriesystemen der Elektrolyt an der Lade-/Entladereaktion partizipiert, ändert sich die Säurekonzentration (und damit verbundene Eigenschaften z.B. Säuredichte) in Abhängigkeit des Ladezustands.
Die Durchschnittstemperaturen der Stadt Barrow in Alaska sind von -14°C bis 8°C
Was sollte der Fahrer vermeiden bezüglich der Starterbatterie (Blei) eines Autos?
und warum?
Tiefentladene Zustände sollten vermieden werden
Im Fall der vollständigen Entladung ergibt sich Starterbatterien (Bleibatterien) ein Gefrierpunkt zw. -5 und -10°C.
Da die durchschnittliche Temperatur unter -8°C liegt, kann es beim Tiefentladen zum Einfrieren des Elektrolyten und somit zur Beschädigung der Batterien kommen
Warum benötigt eine Bleibatterie einen Seperator?
Funktion eines Seperstors:
-Die einzelnen Elektroden werden durch den Seperator voneinader getrennt
-Elektrische Kurzschlüsse werden verhindert, da der Seperator für einen definierten Abstand der Elektroden sorgt.
Nennen Sie Anforderungen an den Seperator
hohe mechanische Stabilität
chemische stabilität gegenüber dem Elektrolyten auch in Kombination mit Sauerstoff
keine elektrische Leitfähigkeit
geeignete Porengröße und -struktur
hohe Porosität
Gute Benetzbarkeit
Gasdurchlässigkeit (bei verschlossenen Bleibatterien)
Die Bleibatteriegehäuse aus Polycarbonat und SAN haben den Vorteil, dass sie klarsichtig sind.
Dadurch kann der Zustand der Zelle leicht kontrolliert werden.
Warum sind solche Gehäuse bei verschlossenen Bleibatterien nicht erforderlich?
Bei verschlossenen Bleibatterien verwendet man keine transparenten Gehäuse, da die Elektrolyte in einem Vlies festgelegt oder in Form eines Gels gebunden sind.
Ein Nachfüllen ist nicht möglich.
Erläutern Sie die Hauptreaktion der Bleibatterie
Welche Reaktionsgleichungen finden in der Bleibatterie statt?
1. Wasserzersetzung
2. Gutterkorrosion (des pos. Gitters)
3. Sauerstoffreduktion
Erläutern Sie mind. zwei Nachteile der Geschlossenen Bleibatterie
1. flüssiger Elektrolyt
-> kein lagerunabgängiger Betrieb.
-> spezielle Transportvorschriften sind einzuhalten
2. Gase (H2 und O2) entstehen bei Wasserzersetzung
-> hohe Anforderungen an die Belüftung der Batterieräume
3. Das verbrauchte Wasser muss nachgefüllt werden
->Wartung und zusätzliche Kosten
Berechete theoretische spez. Energie E_h = 161 kW/kg
Warum ist der typische Wert der spez. Energie des Bleiakkumulators ca 35 kW/kg in der Praxis?
1. Zusätzliche Komponente, wie Stromableiter, Gehäuse, Seperator
2. Begrenzte Aktivmassennutzung (nur etwa die Hälfte des Aktivmaterials ist entladbar!)
3. notwendiger Säureüberschuss, notwendige Säureverdünnung
Nennen Sie die 3 Phasen der typischen Entladekurven einer vollgeladenen Bleibatterie
1. Spannungssack
2. "Normale" Entladung
3. Spannungszusammenbruch
Wovon ist die Lebensdauer einer Bleibatterie abgängig?
Lademethode
Häufigkeit der Erzielung von Vollladungen
Welchen Alterungsmechanismen ist die Bleibatterie unterworfen?
(für Klausur mind. 2 nennen können)
1. Korrosion des positivwb Ableiters
2. Sulfatation der pos. und neg. Platte
3. Erweichung der Aktivmasse (AM)
4. Verbleiung der negativen Aktivmasse
5. Gitterwachstum
6. Dendritenwachstum
7. Zerstörung des Seperators
Erläutern Sie die optimale Lagertemperatur und den notwendigen Lagerzustand der Bleibatterie
Optimum:
5-15°C
Lagerung immer im Vollmadezustand
Hallo Erick
Boah
