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Vecchio 22 febbraio 19, 10:35   #21 (permalink)  Top
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Mah

Io rimango della mia idea, la Ri entra in gioco solo nel momento in cui colleghiamo i pacchi e le celle in parallelo e regola la corrente che circola nel transitorio fino a quando non raggiungano la stessa tensione.

Una volta che sono in parallelo, cioè alla stessa tensione, la resistenza interna non c’entra più nulla e le correnti si ripartiscono in funzione della loro capacità e basta.

Se la ripartizione delle correnti dipendesse dalla Ri allora i pacchi in parallelo non si potrebbero ricaricare.

Se una cella ha un guasto allora siamo nei guai... e questo è il rischio della ricarica in parallelo. Ora il 99% delle failure delle batterie corrispondono ad una perdita di capacità , il che ci salva perché se ho ragione io quella cella assorbirà meno corrente. Dal momento che tutti i trapani elettrici, le auto elettriche, i computer portatili etc... hanno celle in parallelo e non esplodono ogni giorno mi fa pensare che forse è possibile


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Vediamo di disegnare il circuito equivalente, in cui ogni cella è composta da un generatore ideale e da una Ri in serie



Per semplicità diciamo che E1 è il caricabatteria e R1 è la resistenza (controllata elettronicamente) che limita la corrente erogata e li consideriamo come un generatore a corrente costante. Diciamo che gli altri E sono le celle, ognuna con la sua Ri.

Esaminiamo singolarmente ogni accoppiata tra il generatore e la cella: Mettiamo il presupposto che la tensione erogata dal generatore sia fissata dal suo carico nel momento che stiamo analizzando. La tensione ai capi della Ri sarà sempre la differenza tra la tensione erogata da generatore e quella a cui si trova la cella (sempre misurata a vuoto). La corrente che ci scorre dentro sarà calcolata proprio dividendo questa tensione per il suo valore.

La tensione della cella dipende dal suo stato di carica, quindi più è carica e meno corrente passerà nella Ri.

Questo ragionamento concorda con il tuo, per cui ogni cella si autoregola. Quello che tu escludi è che in regime stazionario la Ri non sia influente, cosa che tecnicamente è assolutamente impossibile (la Ri non può essere zero, quindi non può essere zero la tensione ai suoi capi quando è attraversata da corrente). Se la cella (misurata a vuoto) fosse alla stessa tensione del generatore, non si avrebbe passaggio di corrente.


Quello che accade nel parallelo, in realtà, è che ogni cella riceve tanta corrente quanta ne fa passare la Ri in base alla differenza di tensione tra quella erogata dall'alimentatore e quella della cella misurata a vuoto. Una cella capiente richiederà quindi più carica di una piccola per caricarsi e ciò comporterebbe, se la corrente erogata alle celle fosse omogenea tra tutte le celle, che la sua tensione a vuoto crescerebbe più lentamente rispetto a quella della cella più piccola. Questa minor crescita di tensione comporterebbe che la tensione ai capi della sua Ri aumenti e, di conseguenza, aumenti la corrente che la attraversa e che la va a caricare. In parole più semplici, è la maggior capacità delle cella a richiedere maggiore corrente.

Questo processo avviene sempre, non solo nel momento in cui colleghi i pacchi in parallelo.

A conferma che la Ri esiste sempre, basta che osservi che la tensione ai capi della batteria (che quindi comprende anche l'effetto della Ri) è maggiore durante la carica che a vuoto, tant'è che il CB, con una certa periodicità, interrompe l'erogazione di corrente ed esegue una misura di tensione delle celle per vedere a quale livello di tensione effettiva sono arrivate.

Questo non toglie che nel 99% dei casi non ci siano problemi nel caricare celle diverse o che una cella difettosa non sia normalmente un grosso problema di sicurezza, basta però conoscere i meccanismi di carica per ragionare sui suoi limiti.

Carlo
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Vecchio 22 febbraio 19, 10:43   #22 (permalink)  Top
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Basterebbe chiedersi perché le LiPO si possono ricaricare in parallelo e le NiMH e NiCd no.

Rispondere a questa domanda toglierebbe ogni dubbio sulle Ri


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E' diverso il meccanismo di carica e, soprattutto, il sistema di rilevamento di fine carica. Se metti in parallelo le NiMh non riesci a rilevare il Delta Peak.

Se decidi di caricarle a tensione crescente, lentamente in 10 ore e fino al limite di 1,35 V, e non a corrente costante come le LiPo, allora puoi caricare anche 100 NiMh in parallelo senza rischiare nulla.

p.s. 1,35 V è la tensione a vuoto che una NiMh raggiunge quando è carica al 90-95%.

Carlo
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Vecchio 22 febbraio 19, 17:23   #23 (permalink)  Top
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Vediamo di disegnare il circuito equivalente, in cui ogni cella è composta da un generatore ideale e da una Ri in serie



Per semplicità diciamo che E1 è il caricabatteria e R1 è la resistenza (controllata elettronicamente) che limita la corrente erogata e li consideriamo come un generatore a corrente costante. Diciamo che gli altri E sono le celle, ognuna con la sua Ri.

Esaminiamo singolarmente ogni accoppiata tra il generatore e la cella: Mettiamo il presupposto che la tensione erogata dal generatore sia fissata dal suo carico nel momento che stiamo analizzando. La tensione ai capi della Ri sarà sempre la differenza tra la tensione erogata da generatore e quella a cui si trova la cella (sempre misurata a vuoto). La corrente che ci scorre dentro sarà calcolata proprio dividendo questa tensione per il suo valore.

La tensione della cella dipende dal suo stato di carica, quindi più è carica e meno corrente passerà nella Ri.

Questo ragionamento concorda con il tuo, per cui ogni cella si autoregola. Quello che tu escludi è che in regime stazionario la Ri non sia influente, cosa che tecnicamente è assolutamente impossibile (la Ri non può essere zero, quindi non può essere zero la tensione ai suoi capi quando è attraversata da corrente). Se la cella (misurata a vuoto) fosse alla stessa tensione del generatore, non si avrebbe passaggio di corrente.


Quello che accade nel parallelo, in realtà, è che ogni cella riceve tanta corrente quanta ne fa passare la Ri in base alla differenza di tensione tra quella erogata dall'alimentatore e quella della cella misurata a vuoto. Una cella capiente richiederà quindi più carica di una piccola per caricarsi e ciò comporterebbe, se la corrente erogata alle celle fosse omogenea tra tutte le celle, che la sua tensione a vuoto crescerebbe più lentamente rispetto a quella della cella più piccola. Questa minor crescita di tensione comporterebbe che la tensione ai capi della sua Ri aumenti e, di conseguenza, aumenti la corrente che la attraversa e che la va a caricare. In parole più semplici, è la maggior capacità delle cella a richiedere maggiore corrente.

Questo processo avviene sempre, non solo nel momento in cui colleghi i pacchi in parallelo.

A conferma che la Ri esiste sempre, basta che osservi che la tensione ai capi della batteria (che quindi comprende anche l'effetto della Ri) è maggiore durante la carica che a vuoto, tant'è che il CB, con una certa periodicità, interrompe l'erogazione di corrente ed esegue una misura di tensione delle celle per vedere a quale livello di tensione effettiva sono arrivate.

Questo non toglie che nel 99% dei casi non ci siano problemi nel caricare celle diverse o che una cella difettosa non sia normalmente un grosso problema di sicurezza, basta però conoscere i meccanismi di carica per ragionare sui suoi limiti.

Carlo
Carlo,

ho un paio di problemi col tuo modello: in primis non mi piace risolvere l'"istante", questo non e' quasi mai possibile a meno di oversemplificazioni che possono indurre ad errori concettuali, ma sopratutto nel tuo modello non c'e' nulla che si sta ricaricando. E mi sembra che sia proprio questo il punto.

allego uno schemino semplice semplice:

il caricabatterie e' una sorgente di corrente, non serve fissarsi sul come funziona, il sistema e' retroazionato e forza una corrente fissa.
Semplifichiamo la batteria come un condensatore con in serie una resistenza interna, in regime cio' e' accettabile, verso la carica completa o quando la batteria e' scarica andrebbero fatte delle precisazioni che complicherebbero molto i conti, per cui rimaniamo, ai fini dell'esempio, nel caso di ricarica a corrente costante e i pacchi sono gia' in equilibrio di tensione tra loro quando comincia la ricarica:

al nodo 1 la intensita' della corrente entrante e' uguale alla somma delle intensita' delle correnti uscenti. Inoltre i due rami avranno al punto 1 la stessa tensione.

se scriviamo l'equivalenza sulla tensione otteniamo:

I1xRi1 + Q1/2C = I2xRi2 + Q2/C

ove Q e' la carica nel condensatore, o nella batteria. Poiche' nelle batterie al Litio c'e' una ottima corrsispondenza tra tensione e carica accumulata (e questo e' il motivo per cui i paralleli sono stabili) possiamo ritenere questo modello ragionevole anche se molto semplificato.

ora le tensioni stanno cambiando per il fatto che si sta accumulando carica nei condensatori, ma dovranno per forza essere sempre uguali. Per risolvere l'equivalenza dobbiamo quindi derivare rispetto al tempo. Cio' equivale a dire che in ogni istante le tensioni al punto 1 sono uguali, pertanto:

dI1/dt x Ri1 + dQ1/dt / 2C = dI2/dt x Ri2 + dQ2/dt / C

poiche' I1 e I2 sono costanti a regime e che dQ/dt = I, ne risulta che:

I1/2C = I2/C

ergo

I1=2xI2

o meglio:

I1 = 2/3 I
I2 = 1/3 I

cioe' il rapporto delle correnti tra i due rami dipende solo dal rapporto delle capacita'.

nella realta' succede che la batteria con Ri maggiore sara sempre un po' indietro nella curva di carica, di fatto e' sempre un po' piu' scarica. Ma comunque le correnti si ripartiscono in funzione della sola capacita'.

Ho lavorato un paio di anni fa a sistemi di ricarica per auto elettriche (oltre 15kW), li i modelli erano chiaramente molto piu' complessi e completi, ma la sostanza non cambia.

ora i transitori verso il regime sono un po' piu' complicati, come lo e' la transizione tra fase CC a fase CV, ma ancora le cose non cambiano molto. Tra l'altro i caricabatterie non partono subito alla corrente impostata, ma ci arrivano gradualmente e, come dici tu, nel frattempo controllano la rampa di tensione proprio per accertarsi che non ci siano problemi sulla batteria. Detto questo e' vero che:

nella ricarica in parallelo e' sempre meglio che la differenza di capacita' non sia troppa (ma due o tre volte e' ancora accettabile), e decisamente sconsigliabile ricaricare a piu' di 1C (capacita totale dei pacchi) ed e' anche meglio ricaricare pacchi che abbiano un invecchiamento paragonabile.

marco
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Chiarimenti sulla ricarica in parallelo per le batterie LiPO-img_4862.jpg  
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Vecchio 23 febbraio 19, 15:02   #24 (permalink)  Top
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Carlo,

ho un paio di problemi col tuo modello: in primis non mi piace risolvere l'"istante", questo non e' quasi mai possibile a meno di oversemplificazioni che possono indurre ad errori concettuali, ma sopratutto nel tuo modello non c'e' nulla che si sta ricaricando. E mi sembra che sia proprio questo il punto.

allego uno schemino semplice semplice:

il caricabatterie e' una sorgente di corrente, non serve fissarsi sul come funziona, il sistema e' retroazionato e forza una corrente fissa.
Semplifichiamo la batteria come un condensatore con in serie una resistenza interna, in regime cio' e' accettabile, verso la carica completa o quando la batteria e' scarica andrebbero fatte delle precisazioni che complicherebbero molto i conti, per cui rimaniamo, ai fini dell'esempio, nel caso di ricarica a corrente costante e i pacchi sono gia' in equilibrio di tensione tra loro quando comincia la ricarica:

al nodo 1 la intensita' della corrente entrante e' uguale alla somma delle intensita' delle correnti uscenti. Inoltre i due rami avranno al punto 1 la stessa tensione.

se scriviamo l'equivalenza sulla tensione otteniamo:

I1xRi1 + Q1/2C = I2xRi2 + Q2/C

ove Q e' la carica nel condensatore, o nella batteria. Poiche' nelle batterie al Litio c'e' una ottima corrsispondenza tra tensione e carica accumulata (e questo e' il motivo per cui i paralleli sono stabili) possiamo ritenere questo modello ragionevole anche se molto semplificato.

ora le tensioni stanno cambiando per il fatto che si sta accumulando carica nei condensatori, ma dovranno per forza essere sempre uguali. Per risolvere l'equivalenza dobbiamo quindi derivare rispetto al tempo. Cio' equivale a dire che in ogni istante le tensioni al punto 1 sono uguali, pertanto:

dI1/dt x Ri1 + dQ1/dt / 2C = dI2/dt x Ri2 + dQ2/dt / C

poiche' I1 e I2 sono costanti a regime e che dQ/dt = I, ne risulta che:

I1/2C = I2/C

ergo

I1=2xI2

o meglio:

I1 = 2/3 I
I2 = 1/3 I

cioe' il rapporto delle correnti tra i due rami dipende solo dal rapporto delle capacita'.

nella realta' succede che la batteria con Ri maggiore sara sempre un po' indietro nella curva di carica, di fatto e' sempre un po' piu' scarica. Ma comunque le correnti si ripartiscono in funzione della sola capacita'.

Ho lavorato un paio di anni fa a sistemi di ricarica per auto elettriche (oltre 15kW), li i modelli erano chiaramente molto piu' complessi e completi, ma la sostanza non cambia.

ora i transitori verso il regime sono un po' piu' complicati, come lo e' la transizione tra fase CC a fase CV, ma ancora le cose non cambiano molto. Tra l'altro i caricabatterie non partono subito alla corrente impostata, ma ci arrivano gradualmente e, come dici tu, nel frattempo controllano la rampa di tensione proprio per accertarsi che non ci siano problemi sulla batteria. Detto questo e' vero che:

nella ricarica in parallelo e' sempre meglio che la differenza di capacita' non sia troppa (ma due o tre volte e' ancora accettabile), e decisamente sconsigliabile ricaricare a piu' di 1C (capacita totale dei pacchi) ed e' anche meglio ricaricare pacchi che abbiano un invecchiamento paragonabile.

marco

In rosso c'è tutto quello che sostengo io. Finché lo sbilanciamento che tu riporti non sarà sufficiente a compensare la differenza delle Ri, ovvero che la cella che si carica più lentamente "reclamerà" (passatemi il termine poco ortodosso) più corrente, la corrente assorbita dalle singole celle dipenderà anche dalle Ri stesse. Poi ci sarà la proporzionalità effettiva, ma solo poi...

Carlo
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Vecchio 23 febbraio 19, 15:17   #25 (permalink)  Top
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Comunque, indipendentemente dalle questioni di lana caprina sulla questione della Ri, stavo riflettendo su cose può capitare materialmente e macroscopicamente durante una ricarica in parallelo.

Un pacco batteria è composto di un certo numero di celle. Se tutto è Ok, queste si caricano in modo sufficientemente omogeneo. Immaginiamo che qualcosa vada storto, facendo il confronto tra carica singola e carica parallela:

Definiamo le condizioni: carica singola di una batteria da 2000 mAh con il CB impostato a 2000 mA e carica in parallelo di due batterie, sempre da 2000 mAh, con il cb impostato a 4000 mA. Le batterie tollerano una carica a 1C.

Caso 1: una cella della serie va in corto
- carica singola: la tensione della cella in questione va a zero, la carica chimica accumulata fino a quel momento si scarica violentemente in calore, il CB si accorge del crollo della tensione della cella e va in allarme.
- carica in parallelo: la tensione della cella in questione va a zero, ma il CB vede la tensione prelevata sulla basetta a cui sono collegate le celle, quindi presumibilmente il CB leggerà una tensione intermedia, che potrebbe essere ancora considerata ancora valida e la carica prosegue. Da un punto di vista energetico, oltre a quanto già visto per il caso precedente, sulla cella in corto si va a scaricare completamente (attraverso i connettori di bilanciamento) la cella corrispondente dell'altra batteria. E' presumibile che i cavetti fondano, con conseguenze imprevedibili. Nel frattempo, la cella andata in corto ha ricevuto l'energia dall'altra cella, con le ovvie conseguenze da un punto di vista termico.

Caso 2: una cella della serie va in isolamento
- carica singola: il cb si accorge del problema e va in allarme oppure limita la tensione applicata alla singola cella a 4,20 V ed entra in modalità bilanciamento. Nessun danno.
- carica in parallelo: il cb non si accorge di nulla e continua ad erogare 4 A, che finiscono tutti nella cella superstite, con il rischio di danneggiarla per sovraccarica.

Carlo
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Vecchio 23 febbraio 19, 17:06   #26 (permalink)  Top
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In rosso c'è tutto quello che sostengo io. Finché lo sbilanciamento che tu riporti non sarà sufficiente a compensare la differenza delle Ri, ovvero che la cella che si carica più lentamente "reclamerà" (passatemi il termine poco ortodosso) più corrente, la corrente assorbita dalle singole celle dipenderà anche dalle Ri stesse. Poi ci sarà la proporzionalità effettiva, ma solo poi...

Carlo
OK, qui sono d'accordo

Quindi: tutto sta nel definire se possibile la costante di tempo del sistema, se e' molto piccola allora tutti i discorsi sulla Ri sono del tutto approssimativi (perche' i conti che fai sono davvero molto approssimati, proprio perche' idealizzi una cella cone una sorgente di tensione sovrastimi e di tanto l'effetto della Ri) e vale quello che sostengo da mo':

ai fini pratici la Ri non c'entra nulla con la ripartizioni di corrente durante la ricarica.

Una prova che feci (c'e' un post qui da qualche parte a riguardo):

due batterie 3s, una da 800mAh l'altra 1300mAh (se ricordo bene, poteva essera da 2200 perche quelle ho in casa), la 800mAh che ha gia' in partenza viene posta in serie con una resistenza da 1 ohm ed un power meter.

non posso misurare il millisecondo (e non mi interessa), ma non riesco ad osservare neance un secondo in cui le correnti non siano ripartite in funzione della sola capacita' anche sa la costante di tempo di un ramo e' aumentata di qualche ordine di grandezza.

quindi per rimane che conta solo la capacita'.

i discorsi sull'altro post non mi convincono: il tuo circuito non mi sembra applicabile perche' non ha componenti reattivi (che e' tutto lo scopo) e l'unica cosa che alla fine puoi dimostrare e' che vale il teorema di Millman (o Millkan.. non ricordo). quindi anche l'esempio della corrente maggiore sulla Ri minore non significa nulla: cambi i numeri sul circuito e ottieni quello che vuoi: corrente maggiore, minore di zero, uguale.. basta mettere i numerini giusti.
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Vecchio 24 febbraio 19, 14:16   #27 (permalink)  Top
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OK, qui sono d'accordo

Quindi: tutto sta nel definire se possibile la costante di tempo del sistema, se e' molto piccola allora tutti i discorsi sulla Ri sono del tutto approssimativi (perche' i conti che fai sono davvero molto approssimati, proprio perche' idealizzi una cella cone una sorgente di tensione sovrastimi e di tanto l'effetto della Ri) e vale quello che sostengo da mo':

ai fini pratici la Ri non c'entra nulla con la ripartizioni di corrente durante la ricarica.

Una prova che feci (c'e' un post qui da qualche parte a riguardo):

due batterie 3s, una da 800mAh l'altra 1300mAh (se ricordo bene, poteva essera da 2200 perche quelle ho in casa), la 800mAh che ha gia' in partenza viene posta in serie con una resistenza da 1 ohm ed un power meter.

non posso misurare il millisecondo (e non mi interessa), ma non riesco ad osservare neance un secondo in cui le correnti non siano ripartite in funzione della sola capacita' anche sa la costante di tempo di un ramo e' aumentata di qualche ordine di grandezza.

quindi per rimane che conta solo la capacita'.

i discorsi sull'altro post non mi convincono: il tuo circuito non mi sembra applicabile perche' non ha componenti reattivi (che e' tutto lo scopo) e l'unica cosa che alla fine puoi dimostrare e' che vale il teorema di Millman (o Millkan.. non ricordo). quindi anche l'esempio della corrente maggiore sulla Ri minore non significa nulla: cambi i numeri sul circuito e ottieni quello che vuoi: corrente maggiore, minore di zero, uguale.. basta mettere i numerini giusti.
Partiamo da due presupposti diversi, quindi è inutile continuare.

Ti segnalo solo che per "componenti reattivi" si intendono condensatori ed induttanze in regime di corrente alternata o comunque variabile nel tempo. Un accumulatore NON è un componente reattivo, non è neanche lontanamente assimilabile.

Carlo
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Vecchio 24 febbraio 19, 16:16   #28 (permalink)  Top
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Partiamo da due presupposti diversi, quindi è inutile continuare.



Ti segnalo solo che per "componenti reattivi" si intendono condensatori ed induttanze in regime di corrente alternata o comunque variabile nel tempo. Un accumulatore NON è un componente reattivo, non è neanche lontanamente assimilabile.



Carlo


Per definizione un componente reattivo e quello in grado di immagazzinare energia.

Vedi tu se se un accumulatore non accumula energia.

Se poi si sta ricaricando, cioè è regime “variabile nel tempo”, lo sarebbe anche secondo la tua definizione, no?


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Vecchio 24 febbraio 19, 20:51   #29 (permalink)  Top
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Per definizione un componente reattivo e quello in grado di immagazzinare energia.

Vedi tu se se un accumulatore non accumula energia.

Se poi si sta ricaricando, cioè è regime “variabile nel tempo”, lo sarebbe anche secondo la tua definizione, no?


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Un batteria non è un componente reattivo, ma un generatore.
I componenti reattivi sono condensatori ed induttanze che hanno un comportamento reattivo in regime di tensione variabile.


Ciao.
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Vecchio 24 febbraio 19, 21:35   #30 (permalink)  Top
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Un batteria non è un componente reattivo, ma un generatore.
I componenti reattivi sono condensatori ed induttanze che hanno un comportamento reattivo in regime di tensione variabile.


Ciao.


Io non mi sogno neanche di sostenere che una batteria sia un componente . Ma la batteria NON genera ma accumula e rilascia PERTANTO non può essere modellata senza componenti reattivi. Mi sa che tutta la letteratura a riguardo mi dia ragione...


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