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Aufgaben Inhaltsverzeichnis


Starterbatterien Aufgaben


zuletzt bearbeitet am 16.11.2002 		Starterakku Schnitt

Galvanische Elemente

Aufbau

Lade-/Entladeprozesse

Kennwerte

Innenwiderstand

Wartung u. Pflege

Akkuberechnungen

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Galvanische Elemente

Aufbau













  2. Unterscheiden Sie Primär- von Sekundärelementen.



  3. Welche Ionen entstehen bei der Dissoziation von Kochsalz in Wasser, welche bei der von Schwefelsäure?



  4. Begründen Sie Beobachtung, daß eine verdünnte Schwefelsäure im Mischungsverhältnis 3:1 (Volumina) die beste Leitfähigkeit hat, bzw. daß dünnere und konzentriertere Säure eben schlechtere Leitfähigkeiten haben.



  5. Erklären Sie das „Auslaufen“ von Batterien.



  6. Ein unbekanntes Metall soll mithilfe der Spannungsreihe bestimmt werden. Beschreiben Sie den Versuch.



  7. Welche Spannung gibt ein Kupfer- Chrom-Element theoretisch ab und welche ein Magnesium-Eisen-Element?
    Welches Metall bildet dabei jeweils die Anode?

Galvanische Elemente

Aufbau

Lade-/Entladeprozesse













  2. Von welchen Merkmalen hängt der Innenwiderstand eines Akkus ab?






Aufbau

Lade-/Entladeprozesse

Kennwerte










  1. Skizzieren und beschreiben Sie die Vorgänge und Zustände in einem Bleiakku während eines vollständigen Entlade- / Ladezyklus.



  2. Warum fordern Gerätehersteller beim Tausch von Batterien stets den kompletten Satz zu ersetzen und nicht nur einzelne?



  3. Warum muß man nach dem Laden eines Akkus einige Zeit warten, um die Ruhespannung zu messen?



  4. Warum muß man nach dem Laden eines Akkus einige Zeit warten, um die Ruhespannung zumessen?



  5. Welche Eigenschaften hat eine geladene / entladene Bleibatterie? Zählen Sie die unterscheidbaren Zustandsgrössen in einer Tabelle auf. (Plattenmaterial, Ruhespannung, Säure)



  6. Wie verändert sich die Batterieflüssigkeit beim Entladen?



  7. Zeichnen Sie den zeitlichen Verlauf der Akkuspannung beim Laden.

Lade-/Entladeprozesse

Kennwerte

Innenwiderstand













  2. Kreisen Sie bei folgenden Fragen die Ihrer Meinung nach richtige Antwort ein:
    Ein geladener Akku hat eine Ruhespannung von 11V. rf
    Die Plusplatten bestehen aus Bleidioxid. rf
    Die Säuredichte des entladenen Akkus ist 1,12g/cm^3. rf
    Je größer die Kapazität desto größer der Innenwiderstand des Akkus rf
    Jeder Akku entlädt sich auch ohne Verbraucher mit der Zeit von selbst. rf
    Der Kälteprüfstrom ist der größte entnehmbare Strom des Akkus. rf
    Ein 66Ah Akku kann 3h lang 22A liefern. rf
    Die 6 Zellen eines 12V Akkus sind in Reihe geschaltet. rf
    Bei der Entladung bildet sich an allen Platten Bleisulfat. rf
    Batterieflüssigkeit besteht je zur Hälfte aus Wasser und konzentrierter Schwefelsäure. rf



  3. Was muß man bei der Reihenschaltung von Akkus beachten?



  4. Erläutern Sie die Kenndaten einer Starterbatterie.



Kennwerte

Innenwiderstand

Wartung u. Pflege










  1. Belasteter Akku
    Ein Motorrad-Akku mit dem Innenwiderstand Ri = 50mΩ und der Ruhespannung U0 = 6,2V wird aus Versehen mit einem 0,5m langen Kupferkabel von 40mm^2 Querschnitt kurzgeschlossen.
    Berechnen Sie den Kurzschlußstrom.
    Mit welcher Leistung wird das Kabel erwärmt?



  2. Zeichnen Sie die Kennlinie eines Akkus mit der Ruhespannung von 12V und dem Innenwiderstand von 25mΩ.



  3. An einen Akku mit der Ruhespannung U0 = 14,2V und dem Innenwiderstand von Ri = 30mΩ wird ein Verbraucher mit dem Widerstand Rv = 100mΩ angeschlossen.
    Berechnen Sie die Leistung des Verbrauchers.



  4. Ein PkW-Akku mit der Ruhespannung U0 = 13,2V wird aus Versehen mit einem 1,5m langen Kupferkabel von 4mm2 Querschnitt kurzgeschlossen.
    Es fliesst ein Strom von 780A. Während die Klemmenspannung auf 3,8V sinkt.
    Berechnen Sie den Innenwiderstand des Akkus.
    Mit welcher Leistung wird das Kabel erwärmt?



  5. Beim Vorglühen (4 Glühkerzen 11V,100W) sinkt die Klemmenspannung eines Akkus von 13,8V auf 11,8V.
    Berechnen Sie den Innenwiderstand des Akkus.
    Zeichnen Sie dessen Kennlinie.



  6. Ein Motorrad-Akku mit dem Innenwiderstand Ri = 50mΩ und der Ruhespannung U0 = 6,2V wird aus Versehen mit einem 0,5m langen Kupferkabel von 40mm^2 Querschnitt kurzgeschlossen.
    Berechnen Sie den Kurzschlußstrom.
    Mit welcher Leistung wird das Kabel erwärmt?

Innenwiderstand

Wartung u. Pflege

Akkuberechnungen













  2. Beschreiben Sie einen Versuch, um die tatsächliche Kapazität eines gebrauchten Akkus zu bestimmen, und diese Angabe dann „guten Gewissens“ auf das Typenschild zu schreiben.



  3. Führen Sie in einer Tabelle die Zustandsgrößen des geladenen / entladenen Bleiakkus auf.



  4. Nennen Sie 5 Unfallverhütungsmaßnahmen beim Umgang mit Akkus.



  5. Welche Messung führen Sie durch, um an einem wartungsfreien (stopfenlosen) Akku den Ladezustand zu bestimmen?



  6. Durch welche Experimente bekommt man eine Aussage über das Alter des Akkus?



  7. Unterscheiden Sie die beiden Akkuprüfungen: Ladezustand und Kapazität.



  8. Was versteht man unter der Sulfatierung eines Akkus?



  9. Zählen Sie 5 Sicherheitsmassnahmen beim Umgang mit Batterien auf.



  10. Welche Ursachen kann eine zu niedrige Säuredichte haben?

Wartung u. Pflege

Akkuberechnungen

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  1. Akkuschaltungen
    Für ein Elektrofahrzeug mit einem Gleichstrommotor (48V, 20kW) soll mit Hilfe billiger gleichartiger Starterbatterien eine Energiequelle von insgesamt 30kWh Speicherfähigkeit entworfen werden, um eine Reichweite von etwa 90km zu ermöglichen.
    Wählen Sie einen Batterietyp.
    Berechnen Sie die erforderliche Anzahl.
    Zeichnen Sie die Schaltung.
    Warum verwendet man für Traktionszwecke normalerweise keine Starterbatterien?
    Zeichnen Sie die Kennlinie dieses Batteriepakets.



  2. Wie verhalten sich Ruhespannung, Gesamtkapazität, Gesamtinnenwiderstand, Gesamtkurzschlußstrom und Gesamtenergie bei Parallel - bzw. Reihenschaltung von Akkus?



  3. Leistungsanpassung
    Gegeben ist ein Akku mit folgenden Nenndaten:
    Un = 12V, K = 52Ah, I = 220A Ri = 25mΩ
    Bei welchem Widerstand ist die Heizleistung maximal?
    Mit welchem Wirkungsgrad arbeitet diese Anlage?



  4. Wirkungsgrad
    Welche Ladung nimmt ein entladener 66Ah- Akku bis zum Erreichen seiner Nennkapazität auf, wenn sein Ah- Wirkungsgrad 90% beträgt?
    Wie groß ist der Wh- Wirkungsgrad, wenn Sie (vereinfachend) von einer konstanten Ladespannung von 14V und einer ebenfalls konstanten Entladespannung von 12V ausgehen?
    Zeichnen Sie das zugehörige Sankey - Diagramm.



  5. Wirkungsgrad
    Zum Laden eines Starterakkus mit der Aufschrift 12V 66Ah 210A wurde eine elektrische Arbeit von 1,1 kWh (lt. Zählerstand) verbraucht. Bei der Normalentladung (20h) wurden 700 Wh gemessen.
    Wie groß ist der Gesamtwattstundenwirkungsgrad?
    Wieviel % beträgt der Wirkungsgrad des Ladegeräts, wenn man für den Wh-Wirkungsgrad des Akkus 75% annimmt?



  6. Innenwiderstand
    An einem 6V 12Ah Akku wurden folgende Messungen durchgeführt:
    Ruhespannung U0 = 6 V, Klemmenspannung UKl = 5,7 V bei einer Belastung von Arbeitsstrom I = 5 A
    Berechnen Sie den Innenwiderstand des Akkus.
    Zeichnen Sie dessen Kennlinie.
    Wie groß ist der Kurzschlußstrom dieses Akkus?



  7. Akkuschaltungen
    Zwei Starterakkus mit den Ruhespannungen U01 = U02 = 12V und den Innenwiderständen Ri1 = 0,05Ω und Ri2 = 0,08Ω werden parallelgeschaltet. Die Nennleistung des angeschlossenen Verbrauchers beträgt 24W bei einer Nennspannung von 12V.
    Wie hoch ist der Strom durch den Verbraucher?
    Wie groß sind die beiden Teilströme, die den Akkus entnommen werden?



  8. Variante zu vorhergehenden Aufgabe
    Akku 1 u. 2 in Parallelschaltung, Ω'scher Verbraucher.
    U01 = 6,5V, U02 = 6V, Ri1 = 0,05Ω, Ri2 = 0,08Ω
    Verbraucher: Un = 6V, Pn = 360 W
    Berechnen Sie I, I1 und I2
    Wie groß ist die tatsächliche Leistung des Verbrauchers?



  9. Starthilfe

    Starthilfe Analysieren Sie den Starthilfevorgang.
    geg: U01= 13V, Ri1 = 20mΩ, U=2 = 9V, Ri2 = 40mΩ, RSt = 30mΩ
    ges: alle Ströme und alle Spannungen
    Erklären Sie, welche Änderungen im Lösungsverfahren vorgenommen werden müssen, wenn Sie für die Berechnung der Starthilfe auch alle Leitungswiderstände berücksichtigen sollen.








  10. Variante zur vorhergehenden Aufgabe (quadr. Lösungsansatz)
    U01 = U02 = 12V, und Pv = 200 W ( gemessene Leistung des Verbrauchers)
    Wie oben angedeutet erhalten Sie als Lösung eine quadratische Gleichung. Solche Gleichungen haben i.A. zwei verschiedene Lösungen.
    Welche der beiden Lösungen ist nun die richtige, oder sind etwa beide Lösungen technisch realisierbar?



  11. Variante zur vorhergehenden Aufgabe (Trick)
    gegebene Größen wie oben, aber:
    Bestimmen Sie den Verbraucher so, daß der „schlappe“ Akku weder geladen noch entladen wird.



  12. Akkus in Reihenschaltung
    Akku 1 u. 2 in Reihenschaltung, Ω'scher Verbraucher.
    U01 = 12,5V, U02 = 11,6V, Ri1 = 0,05Ω, Ri2 = 0,03Ω
    Verbraucher: Un = 24 V, Pn = 240 W
    Berechnen Sie I.



  13. Wie vorherige Aufg., aber
    Pv = 240W (gemessene Verbraucherleistung)



  14. Verbotene Akkuschaltung
    Berechnen Sie die Ströme und bestimmen Sie die Stromrichtungen bei folgender verbotener Akkuschaltung:
    Akku 1 u. 2 in Parallelschaltung, Ω'scher Verbraucher.
    U01 = 12V, U02 = 6V, Ri1 = 0,05Ω, Ri2 = 0,12Ω
    Verbraucher: Un = 12 V, Pn = 80 W



  15. Akkuladung (5 - Min - Aufgabe)
    Ein 12V Akku sowie zwei 6V Akkus sollen gleichzeitig an einem 14V Ladegerät geladen werden.
    Zeichnen Sie den Anschlussplan.
    Außerdem sind gegeben:
    U0Lg = 20V, RiLg = 0,1Ω
    U01 = 10V, Ri1 = 0,15Ω
    U02 = U03 = 5 V, Ri2 = Ri3 = 0,1Ω
    Berechnen Sie die Ströme und Spannungen.



  16. 2 Akkus sollen gleichzeitig an einem Ladegerät geladen werden. Die Geräte haben folgende Eigenschaften:
    Ladegerät: U0 = 29,4V, Ri = 0,3Ω
    Akku1 : U0 = 10,5V, Ri = 0,07Ω
    Akku2 : U0 = 11,2V, Ri = 0,03Ω
    Skizzieren Sie den entsprechenden Schaltplan.
    Tragen Sie alle gegebenen Werte mit Bleistift ein.
    Tragen Sie alle gesuchten Größen andersfarbig ein.
    Berechnen Sie den Strom des Ladegeräts und die Ströme durch jeden Akku.
    Berechnen Sie die Klemmenspannungen am Ladegerät und diejenigen an jedem Akku.



  17. Welche Werte ergeben sich bei der Parallelschaltung von 5 Akkus mit jeweils den Nenndaten: 12V, 36Ah, 190A, Ri = 30mΩ für:
    Gesamtspannung, Gesamtkapazität, Gesamtinnenwiderstand?



  18. Wieviel Energie muß man dem Generator zuführen, damit dieser einen entladenen 12V, 72Ah Akku volladen kann?
    Der Wirkungsgrad des Generators beträgt 82%, derjenige des Akkus 78%.

















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