Rekenen aan batterij

Yaya stelde deze vraag op 29 september 2017 om 17:31.

Goedemiddag,
ik moet een berekening maken voor het ontwerpen van een robot en ik studeer zelf geen natuurkunde... en 4VWO is alweer een tijdje geleden... dus ik weet niet zeker of ik de berekening goed heb gedaan. Ik moet 4 DC motoren laten rijden op 4 batterijen (of meer) Ik heb 4 batterijen van 3.7V met een "lading" van 5000mAh elk.
Ik weet nog niet of ik de batterijen in serie of parallel moet schakelen.

Hier beginnen de berekeningen:

Parallel:
totale spanning = 3.7V, "lading" = 20 Ah -> 72*10^3 C
Serie:
totale spanning = 14.8V, "lading"= 5Ah -> 18*10^3 C

De DC motoren kunnen op 3 spanningen werken met 3 bijbehorende stroomsterkten:

3V      |  5V    |   6V
100mA|100mA|120mA

Ik heb hier een andere vraag:  Hoe krijg ik een output van 3, 5 of 6 volt met enkel mijn 3.7V batterijen? Kan ik zelf een parallel/serie combinatie maken met maar 1 houder voor de batterijen?

Dus als ik 4 motoren op 3V of 5V, 100mA wil laten werken voor 1 uur kost dat mij:

Q = I*t = 100* 10^-3 * 3600 (* 4 motoren) = 360C ->  1440C

Idem dito voor 6V, 120mA
 
Q= I*t = 120*10^-3 * 3600 (*4 motoren ) = 432 -> 1728C

aan stroom?
En dan heb ik eigenlijk maar ongeveer 10% van de geleverde stroom gebruikt?
Kan dit kloppen?

Alvast heel erg bedankt voor de antwoorden


Reacties

Jan van de Velde op 29 september 2017 om 19:08
dag Yaya,

de lading Q in een accu gaan uitrekenen in coulomb (C) is een voor deze praktijk tamelijk onnutte bezigheid. De capaciteit (C) in ampèreuur (Ah) is hier veel bruikbaarder; beide eenheden horen trouwens feitelijk bij dezelfde grootheid, zoals km/h en m/s beide eenheden van snelheid zijn , en kWh en J beide eenheden van energie zijn, allemaal in elkaar omrekenbaar via de verhouding tussen uren en seconden. 

Yaya plaatste:

Ik heb hier een andere vraag:  Hoe krijg ik een output van 3, 5 of 6 volt met enkel mijn 3.7V batterijen? Kan ik zelf een parallel/serie combinatie maken met maar 1 houder voor de batterijen?

Dat gaat dus niet lukken, maar dat is voor een praktische schakeling ook niet nodig. Om te beginnen, een motor met een nominale spanning van 3 V zal in de praktijk prima lopen op spanningen tussen de 2,5 en de 3,5 V. Verder, die 3,7 V is een spanning van de batterij in onbelaste toestand, een zg bronspanning. Elke batterij heeft een inwendige weerstand, dus zodra je de batterij gaat belasten (je laat een stroom lopen) valt er ook spanning over die inwendige weerstand, zodat de klemspanning (de spanning die gevoeld wordt door de uitwendige weerstand, de motor) zal dalen van die 3,7 V tot een waarde die afhangt van de verhouding inwendige weerstand : uitwendige weerstand. Een 3,7 V batterij voor een 3 V motor lijkt dus een prima praktische combinatie, evenals een 7,4 seriebatterij voor een 6 V motor. 

De 5V aansluiting lijkt me voor deze motor in combinatie met deze (LI-ion?) batterijen minder geschikt. Maar die heeft de motorfabrikant mogelijk bedoeld voor een serietje van 4 alkalinebatterijen? (4 x 1,5 = 6 V bronspanning, klemspanning ca 5 V)

Yaya plaatste:

Idem dito voor 6V, 120mA
 
Q= I*t = 120*10^-3 * 3600 (*4 motoren ) = 432 -> 1728C

C=I·t 

op 2 batterijen in serie:

C= 5Ah
I= 120 mA = 0,12 A
t= C/I = 5/0,12 = 40 h 

kortom, 1 motor, aangesloten op zijn 6V aansluitpunten, zou op een serie van 2 van die 3,7 V/ 5Ah batterijen ca 40 uur moeten kunnen draaien. 

4 motoren parallel op datzelfde setje batterijen zouden het dan in theorie 10 uur volhouden, maar in de praktijk blijkt die theorie niet te kloppen. Als de accu's van een goede fabrikant afkomstig zijn moeten hiervoor wel karakteristieken te vinden zijn waaruit de werkelijke capaciteit (en klemspanning) bij uiteenlopende stroomafnames af te lezen moet zijn, zoiets als hieronder:



Het is maar een willekeurig voorbeeld, dit gaat over een zekere 9V Li-ion batterij voor een transistorradio. Geen idee hoe die karakteristiek voor jouw accu's eruit ziet, maar duidelijk is dat zowel de klemspanning als de capaciteit van de accu sterk afhankelijk zijn van de belasting. En dat het allemaal niet op een paar tiende volt aankomt als je motoren op batterijen moet aansluiten :) 

Kun je hiermee op weg?

Groet, Jan
Yaya op 30 september 2017 om 15:45

Beste Jan, Heel erg bedankt voor uw snelle antwoord! Ik wist niet zeker of Coulomb of Ampère uur beter was om in te rekenen, dankuwel voor het verduidelijken.

Ik heb deze motoren (4 stuks):
https://www.alltrons.nl/index.php/actuator-kit.html
en deze batterijen (4 stuks):
https://www.alltrons.nl/index.php/battery-pack-kit-v3-1.html
Verdere specificaties zaten er niet bij, ook niet bij de levering.

Ik heb op dit moment de "houder" van de batterijen niet bij, volgens mij zitten de batterijen in 1 houder die dus een variabele spanning van 2-14V zou kunnen leveren. Ik heb dus geen idee of hij parallel/serie is geschakeld of of ik dat zelf kan regelen, aangezien het enige qua specificatie dat erbij zit is dat hij 2-14V kan leveren.

Ik denk dat de beste manier om dat te testen is om de batterijen aan te sluiten op een stroommeter of trial and error?

Yaya op 30 september 2017 om 16:00
Aanvulling: (echter lichtelijk offtopic)
Ik besef net dat ik zelf kan regelen door losse batterijholders te kopen.
Ik zit eraan te denken om 2x 2 motoren op 2x2 batterijen aan te sluiten
Is dit slimmer dan 4 motoren op 4 batterijen of 4x1 motor op 4x1 batterij?

Bij serie sluit ik toch zo aan:
+ batterij - + batterij -
en parrallel:
- batterij + + batterij -
Jan van de Velde op 30 september 2017 om 18:18
Dag Yaya,

ik ben geen elektrotechnicus, zelfs niet een hobbyist op dat gebied. 

Hoe je die motoren het beste aan de batterijen kan schakelen hangt denk ik ook af van wat je robot moet kunnen, en hoe je hem denkt te gaan besturen. Adviezen dienaangaande mijnerzijds zijn denk ik weinig ter zake kundig.

Yaya plaatste:

Ik denk dat de beste manier om dat te testen is om de batterijen aan te sluiten op een stroommeter of trial and error?


De spanning van een zekere batterijconfiguratie kun je eenvoudig testen met een voltmeter. Hang NIET zomaar los een stroommeter(ampèremeter) tussen plus- en minpool van je batterypack want dan heb je kans dat je Magic Blue Smoke gaat zien verschijnen uit je batterypack, of je ampèremeter, of beide.

Maar voor praktische doeleinden lijkt mij een schakeling met één energiebron met daaraan parallel de 4 motoren de slimste:



Groet, Jan

Yaya op 08 oktober 2017 om 19:08
Beste Jan,
sorry voor het late antwoord van mijn kant, maar.. heel erg bedankt voor uw hulp. Ik kon ermee vooruit! Nu alleen nog hopen dat de robot ook vooruit komt (letterlijk).

Plaats een reactie

+ Bijlage

Bevestig dat je geen robot bent door de volgende vraag te beantwoorden.

Roos heeft twee appels. Ze eet er eentje op. Hoeveel appels heeft Roos nu over?

Antwoord: (vul een getal in)