Question:
Comment puis-je utiliser toute l'énergie d'une batterie en un instant?
user1306322
2012-05-10 04:54:26 UTC
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Ce serait amusant de savoir comment tirer toute l'alimentation en énergie d'une seule pile AA pour une opération unique, comme faire une énorme étincelle, déclencher un flash photo ou une lumière très vive.

Quel type d'électronique serait nécessaire?

upd: la décharge de la batterie devrait alimenter un appareil utile (ou être utile sans appareil), pas seulement la décharge pour le plaisir.

Instantané comme "branchez la batterie, batterie instantanément déchargée" ou "branchez la batterie, stockez l'énergie de la batterie, utilisez l'énergie instantanément"?
Toute façon d'utiliser pleinement toute l'énergie d'une batterie fera l'affaire. Si nous devons d'abord le stocker quelque part, qu'il en soit ainsi.
** Un avertissement à tous ceux qui veulent réellement essayer de décharger la puissance d'une pile AA en une seule étincelle: ** elles peuvent sembler petites et inoffensives, mais une pile AA alcaline contient environ l'équivalent de l'énergie initiale d'un .458 Magnum. Une telle étincelle d'une durée de 100 ms est essentiellement un appareil de 70 kW, fonctionnant quelque part autour de 330V / 220A. Soyez * extrêmement * prudent - cela peut vous tuer.
mettre la batterie en feu entraîne souvent une explosion où la majeure partie de l'énergie de la batterie est libérée. Mais ce n'est pas tout à fait utile, sauf pour l'effet visuel, la pollution et les blessures possibles.
La question est aussi insoluble avec la technologie actuelle que la capture de l'énergie de la foudre à des fins utiles. les lois de la physique dictent les exigences d'impédance de transmission. Le chemin et la charge doivent correspondre à la source. Étant donné que l'air arcs avec un chemin de fusion de résistance négative dans l'air, et toutes les solutions de stockage connues sont à la fois une résistance positive et ont une latence excessive (constante de temps). C'est impossible. Idem pour les batteries en raison de la seule constante de temps de latence. La preuve est dans les équations de Heavside basées sur les lois de Maxwell et presque aussi longtemps que la preuve de Fermat.
Six réponses:
#1
+12
Tony Stewart Sunnyskyguy EE75
2012-05-10 05:28:10 UTC
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Il n'y a aucun moyen pratique de vider "toute l'énergie" en un éclair. Mais vous pouvez le décharger lentement dans un UltraCap coûteux avec de nombreux Farads de capacité et quelques mΩ ESR, puis vider l'ultraCap en un éclair suffisant pour souder le cuivre.

Voici comment les appareils photo à flash électronique fonctionnent aujourd'hui, sauf que vous obtenez de nombreux flashs par charge de batterie en utilisant uniquement des bouchons ESR bas normaux et non des "UltraCaps".

Est-ce pour Sir Guy Journée Fox ou juste pour qu'une alouette lève les sourcils dans la sécurité des aéroports et se retrouve à Gitmo ou êtes-vous en concurrence avec les Suisses pour générer une particule de Higgs Boson?

Pour la science. La science est amusante.
Les brûlures ne le sont pas. Ce n'est pas parce que Mythbusters fait exploser les choses tout le temps que c'est de la science. Faites attention.
Je ne pense pas que Guy Fawkes ait reçu le titre de chevalier pour ses efforts :)
@MikeJ-UK "La trahison ne prospère jamais: quelle est la raison? Pourquoi, si elle prospère, personne n’ose l’appeler trahison." - Sir John Harrington (1561–1612)
J'ai dû confondre ce héros d'action des temps modernes avec un autre «gars», Sir Guy Fairfax de Steeton
@Dan Neely - Belle citation!
@DanNeely Amusant qu'une citation d'une telle éloquence vienne de l'inventeur de la chasse d'eau. Peut-être y a-t-il pensé en prenant un * "Sir Harrington" *.
Ces Britanniques sont tellement spirituels. Maintenant, qui a inventé le dicton "Skilled in the Arts" quand nous savons tous que cette exposition publique est tout au sujet de la compétence de dissimuler l'art de la mise en œuvre avec suffisamment d'imprécision pour favoriser le litige de toute invention quand / si jamais elle fait des bénéfices.
#2
+8
Telaclavo
2012-05-10 05:06:57 UTC
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Si vous forcez un courant très élevé (beaucoup plus élevé que le courant de court-circuit) dans le nœud négatif de la batterie, et hors du nœud positif, vous pourrez en retirer toute l'énergie en un minimum de temps, mais ce temps ne peut pas être nul.

De plus, pour pouvoir injecter ce courant, vous devrez traiter la batterie comme une charge et la connecter, à l'envers, à une source haute tension ou ( de préférence) une source de courant élevé. La batterie ne l'aimera pas, cependant.

Schematic 1

La résistance interne d'une batterie ne pas limite le courant. Ce ne serait vrai que si toute la tension à laquelle nous avions accès était celle de la batterie elle-même. Mais ce n'est pas vrai. Personne ne nous empêche de connecter une tension externe. La question demande le moyen le plus rapide de retirer toute l'énergie possible d'une batterie.

Dans l'exemple suivant, le courant de court-circuit de la batterie serait de 1,5 / 0,2 = 7,5 A. En la connectant à l'envers à un générateur de tension avec (par exemple) 100 V et 0,01 ohm, on peut forcer un courant de (100 + 1,5) / (0,2 + 0,01) = 483 A (dans ce modèle idéal), ce qui est beaucoup plus élevé que le court-circuit

Schematic 2

Si vous transférez lentement l'énergie d'une batterie vers une supercap, puis consommez rapidement l'énergie de la supercap, cela ne répond pas à la question. La question demande comment pouvons-nous utiliser toute l'énergie dans une batterie (pas dans une casquette) en un instant.

En fait, l'utilisation d'une supercap est une solution admissible - l'OP l'a même dit (avant d'ajouter le paragraphe sur la supercap). Ils ont dit: "Toute façon d'utiliser pleinement toute l'énergie d'une batterie fera l'affaire. Si nous devons la stocker quelque part d'abord, qu'il en soit ainsi."
Je voulais dire une utilisation pratique en effet. Bien que la simple décharge d'une batterie soit également une question intéressante, je me demande comment elle réagirait.
Techniquement, si vous chargez le capuchon à partir de la batterie sans alimentation à découpage, vous n'utiliserez que la moitié de l'énergie de la batterie en un instant.
@tcrosley Ce commentaire écrit par l'OP n'est pas cohérent avec sa question (car il implique * lentement * de retirer l'énergie de la batterie). S'il voulait que ce commentaire prévale, il devrait changer la question.
Lorsque vous commencez à parler de courants de 500 ampères, vous devez parler à un électrochimiste de l'effet de transformer l'électrolyte en vapeur. Il y aura un point optimal où l'électrolyte s'échappe au moment où vous sortez le dernier erg. Au-dessus, l'explosion de vapeur dispersera l'anode et la cathode avant de réagir complètement. Ce qui semble superficiellement être un problème d'EE est en fait un problème d'électrodynamique et de thermodynamique chimie.
@VinceMulhollon Je suis entièrement d'accord. Je sais qu'il n'y a probablement aucun moyen de forcer 483 A via une pile AA. C'était juste un moyen simple d'illustrer que des courants supérieurs au courant de court-circuit sont possibles.
Si vous avez testé une pile AA avec un mètre 10A comme je l'ai fait plusieurs fois, cela donne le même courant qu'un court-circuit car ce shunt a une résistance inférieure à celle des piles alcalines AA. La question est donc fallacieuse en supposant que c'est possible, alors que ce n'est pas le cas. Vous pouvez maintenir un court-circuit pendant plusieurs secondes jusqu'à ce que la batterie se réchauffe et crée un risque pour la sécurité, puis la tension revient à la plage normale en une minute. Mon vote est que la question repose sur une fausse hypothèse et qu'il n'y a aucune tentative pratique ou solution à la question hypothétique énoncée. Raison: ESR est trop élevée.
Ne pensez même pas à essayer ça sur une pile AA Li !! Il explosera ou prendra feu avec des vapeurs toxiques. Comme indiqué sur l'étiquette.
#3
+7
Russell McMahon
2012-05-10 09:54:32 UTC
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Vous avez ajouté:

Toute façon d'utiliser pleinement toute l'énergie d'une batterie fera l'affaire.
Si nous devons la stocker quelque part en premier, qu'il en soit ainsi

Ce qui le rend beaucoup plus facile, sous réserve de l'efficacité de la conversion.
Un convertisseur boost aidera dans certains cas en connectant la sortie de la batterie au système de stockage.

Tous les éléments suivants reposent sur le transfert de l'énergie de la batterie vers un système qui permet une «décharge» rapide. Tous sont potentiellement utiles.

La mort est possible avec tout cela avec la négligence due.

Environ 10 kJ Joule d'énergie sont généralement disponibles.
Assez pour endommager ou tuer dans tous les cas.

  • Chargez une supercap. Quand autant d'énergie de la batterie est transférée au plafond que le système le permet. Bouchon de décharge. Une très grande casquette est nécessaire. Pas vraiment pratique

  • Utilisez l'électrolyse de l'eau pour produire un mélange d'hydrogène oxygène. Allumez le mélange. (N'essayez pas cela à la maison etc ... !!!). Eminemment pratique et potentiellement extrêmement dangereux.

  • Utilisez un moteur pour faire tourner un volant. Appliquez le volant sur "quelque chose". Assez facilement faisable.

  • Chauffer un matériau métallique à changement de phase avec une température du PC> 100 C (divers alliages de bismuth répondent à cette spécification) pour qu'il se liquide. Ajoutez de l'eau. Très faisable. La matrice finement divisée facilite le transfert d'énergie vers l'eau. Potentiellement mortel.

Plus possible ...

#4
+4
Polynomial
2012-05-10 05:16:54 UTC
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Les batteries ont une résistance interne. Étant donné que leur tension de sortie est (dans la plupart des cas) fixe, vous avez une sortie de courant maximale fixe. La réponse de Telaclavo couvre une situation où ce n'est pas vrai, mais je vais vous expliquer un simple court-circuit de la batterie.

Une résistance interne typique pour une pile AA est d'environ 0,2 Ω [1] , donc si nous ignorons la résistance des fils de connexion, il n'est pas trop difficile de calculer le courant de sortie maximum (théorique). Puisque nous connaissons R et V, nous pouvons calculer I comme I = V / R, donc I = 1,5 / 0,2 = 7,5A courant maximum [2] .

Votre alcaline moyenne La batterie vous donnera environ 2000 mAh de jus sous une charge de 0,5 A. Je ne trouve aucune spécification détaillée sur leur durée de vie en cas de court-circuit, mais cela ne sera pas inférieur à 1 / 10e de ce montant. Donc, au minimum absolu, il faudra environ 90 secondes pour vider la batterie.

Notes de bas de page:
[1] 0,2Ω est ce que Duracell et l'état de Panasonic sont leurs résistances internes «standard» pour les «charges normales».
[2] Il y a d'autres résistances impliquées, et la résistance interne change lorsque vous augmentez la charge de la batterie. J'essaye juste de garder les choses simples ici.

J'essaie de comprendre s'il existe un moyen de charger un appareil qui libérerait ensuite l'énergie accumulée très rapidement. Donc, je suppose qu'un tel appareil serait ensuite chargé à un taux limité, mais comment la batterie donnerait-elle son énergie au fil du temps (que pourrait-il lui arriver, en supposant qu'il s'agisse d'une alimentation jetable à usage unique), et comment ledit appareil devrait-il être fabriqué?
Les circuits flash des appareils photo jetables utilisent un condensateur avec une ESR très faible pour stocker une charge, puis déchargent cette énergie dans la bobine d'un transformateur lorsque le bouton est enfoncé, ce qui court essentiellement le condensateur. La bobine secondaire du transformateur est câblée au flash, qui reçoit une secousse de courant très rapide. Si vous avez suffisamment de condensateurs en parallèle, ou une supercap très chère, vous pouvez pratiquement vider toute la batterie et faire la même chose.
Par mesure de sécurité, vous avez en fait beaucoup d'énergie ici. 2000mAh équivaut à 7200 joules, ce qui est à peu près égal à l'énergie initiale d'un .458 Magnum. Si vous déchargez cela sous la forme d'une étincelle (environ 100 ms), la puissance est de l'ordre de 70 kW. Les étincelles traversent généralement l'air à environ 330V, vous regardez donc 215A. C'est plus que suffisant pour vous tuer. Soyez très très prudent.
#5
+3
ObscureRobot
2012-05-10 08:25:36 UTC
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Ce serait amusant de savoir comment tirer toute l'alimentation en énergie d'une seule pile AA pour une seule opération

Pédantique: la plupart de l'énergie de votre batterie est ligoté dans les forces nucléaires qui lient les particules subatomiques qui composent les atomes de votre batterie. Pour libérer tout l'approvisionnement en énergie, vous devrez probablement recourir à la fusion nucléaire ou à la fission.

Fait amusant: il y a plus d'énergie dans les impuretés d'uranium dans un kilogramme de du charbon qui peut être libéré en brûlant simplement ce kilogramme de charbon!

Environ 1 kg d'uranium en moyenne dans le sol que vous pourriez extraire d'une section de 1/4 d'acre. Beaucoup plus dans certains domaines. Beaucoup moins dans les autres.
"Pour libérer toute l'approvisionnement en énergie, vous aurez probablement besoin de recourir à ..." l'antimatière. Vous n'obtiendrez pas beaucoup de fusion ou de fission du boîtier en acier, mais l'antimatière fonctionnera. Il y a quelques problèmes pratiques à mettre en œuvre.
Les batteries au lithium ont des évents pour empêcher l'explosion lorsque les batteries sont court-circuitées. C'est une libération soudaine d'énergie, mais ce n'est pas ce que veut l'OP.
#6
+1
hotpaw2
2012-05-10 05:05:20 UTC
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Une pile AA a une résistance interne finie, ce qui limitera le courant et donc la vitesse à laquelle on peut retirer de l'énergie. Vous pouvez essayer de transférer, au fil du temps, l'énergie de la batterie vers une réserve d'énergie externe à plus faible impédance (super condensateur, inductance, volant, soulever un rocher en haut d'une falaise, etc.)

Pas vrai. La résistance interne ne limite pas le courant. Voyez ma réponse.


Ce Q&R a été automatiquement traduit de la langue anglaise.Le contenu original est disponible sur stackexchange, que nous remercions pour la licence cc by-sa 3.0 sous laquelle il est distribué.
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