Jeffrey Cross
Jeffrey Cross

Součást měsíce: Baterie

Každý měsíc v tomto roce zkoumáme jinou elektronickou součást, ponoříme se do toho, co to je, jak to funguje a jak ji využíváte v projektech. Minulý měsíc jsme se podívali na dobrý přepínač. Tento měsíc je to baterie, přenosný energetický dům, který poskytuje elektronické výživové okruhy, musí ožít. Jako vždy začneme s představením o bateriích prostřednictvím upraveného výňatku z esenciální encyklopedie elektronických komponentů Charlese Platta z dílčího svazku 1: -Gareth Branwyn

Co se děje, přesně, uvnitř těch AAA baterií napájejících LED baterku? Stručná odpověď zní: Chemie. Chemické reakce mohou povzbudit elektrony, aby vytékaly z jednoho terminálu a zpět k druhému, přičemž na této cestě provádějí nějakou užitečnou práci. Mezitím, uvnitř baterie, se mění místa, která jsou také známa jako elektronové díry. Nakonec se chemické reakce stáhnou dolů a baterie přestane dodávat energii. Pokud se jedná o dobíjecí typ, můžete donutit elektrony a kladné ionty vrátit se tam, kde začali, připravené ke spuštění znovu.

Obrázek 1

Obr

Obrázek 1 ukazuje průřez každodenní alkalickou baterií a obrázek 2 ukazuje některé schematické symboly. Ty v horní řadě jsou funkčně identické s těmi ve spodním řádku.

Delší ze dvou řádků v symbolu baterie představuje pozitivní stranu. Jedním ze způsobů, jak si to zapamatovat, je představit si, že delší čára může být vyříznuta na polovinu, takže dva segmenty se mohou spojit a vytvořit znak +. Tradičně, více připojených symbolů baterie označuje více článků uvnitř baterie; středové symboly na obr. 2 by tedy mohly označovat 3V baterii, zatímco ty pravé by označovaly napětí větší než 3V. V praxi není tato úmluva důsledně dodržována.

Baterie vs. kondenzátory

Obr

Proč nemůžeme místo baterií používat jen velké kondenzátory? Kondenzátor nevyžaduje temperamentní chemické reakce a teoreticky lze nabíjet neomezeně mnohokrát. Ve skutečnosti jsou tam superkondenzátory, které mají některé specializované aplikace, ale stojí hodně, nedrží si poplatek po dlouhou dobu a ukládají méně elektřiny než baterie stejné váhy. Jak je znázorněno na obr. 3, kondenzátor také ztrácí napětí mnohem rychleji během vybíjecího cyklu. V dohledné době budeme používat baterie pro přenosné napájení.

Jednorázové

Proč ve světě plném sofistikovaných dobíjecích baterií stále používáme jednorázové výrobky? Zaprvé, jejich energetická hustota je vyšší a za druhé mají skladovací životnost 5 let nebo více, protože ztrácejí svůj náboj tak pomalu (to je známo jako „míra samovybíjení“). Pro aplikace, jako jsou detektory kouře, ruční dálkové ovladače nebo nouzové svítilny, nemají baterie na jedno použití žádnou náhradu. Mají však své limity: nemohou dodat tolik proudu, kolik je třeba dobíjet.

Dobíjení

Nejběžnějšími typy jsou „olovnaté kyseliny“, „nikl kadmium“ (zkráceně „nicad“ nebo „NiCd“), „nikl kovový hydrid“ (zkratka „NiMH“), „lithium-ion“ (zkratka „Li-ion“). ) a „lithium-iontový polymer“.

Olověné baterie existují více než jedno století. Obsahují olověné desky, které mohou být tvarovány do struktury houby, aby se maximalizovala reaktivní povrchová plocha, i když tato textura může být fyzicky obroušena hlubokým výbojem. V akumulátoru s hlubokým cyklem jsou desky pevné. Jsou lépe schopny vydržet výboj téměř na nulu, ale jsou méně schopné dodávat vysokou intenzitu proudu.

Obr

Utěsněná olověná baterie určená k napájení externího světla aktivovaného detektorem pohybu je znázorněna na obrázku 4. Tato jednotka váží několik kilogramů a během dne je nabitá solárním panelem 6 ″ x 6 ″.

Obr

Nikl-kadmiové baterie („NiCad“) vydrží extrémně vysoké proudy, ale v Evropě byly zakázány kvůli toxicitě kovového kadmia. Jsou nahrazeny niklovo-kovovými hydridovými („NiMH“) typy, které jsou bez „paměťového efektu“, který může zabránit tomu, aby se NiCad buňka plně nabila, pokud byla ponechána několik týdnů nebo měsíců v částečně vybitém stavu. Obrázek 5 ukazuje deset balení NiMH buněk, přičemž každá buňka má velikost alkalické D-buňky. Balíček, jako je tento, je jen věc, která řídí robota s velkými rozměry.

Obrázek 6

Některé malé dobíjecí baterie jsou znázorněny na obrázku 6. NiCad balení v levé horní části bylo vyrobeno pro bezdrátový telefon a rychle se stává zastaralým. 3V lithiová baterie v pravém horním rohu byla určena pro digitální fotoaparát. Tři baterie v dolní polovině fotografie jsou všechny dobíjecí NiMH náhražky pro baterie 9V, AA a AAA. Chemie NiMH vede k tomu, že AA a AAA baterie s jedním článkem jsou dimenzovány na 1,2 V namísto 1,5 V, ale výrobce tvrdí, že mohou být nahrazeny 1,5 V alkalickými články, protože NiMH jednotky udržují své jmenovité napětí konzistentněji v čase. Výstup z čerstvé baterie NiMH tak může být srovnatelný s výkonem alkalické baterie, která se nachází v částečném průběhu svého vybíjecího cyklu.

Amperage

Vzhledem k tomu, že k dokončení obvodu musí dojít k přenosu iontů uvnitř baterie, bude proud, který může akumulátor dodat, omezen jeho proudem vnitřní odpor. Jakýkoliv typ dobíjecí baterie má nižší vnitřní odpor než zásady.

Obrázek 7

Vzhledem k tomu, že baterie nebude dodávat žádný proud, pokud není zatíženo, musí být měřen proud, když je zátěž připojena, a nemůže být měřena samotným měřičem. Pokud je měřič připojen přímo mezi svorkami akumulátoru, pojistka v elektroměru vyrazí. Proud musí být vždy měřen měřičem v sérii se zatížením. Viz obr. 7.

Kapacita

Postavení 8

Elektrická kapacita baterie je měřena v ampérhodinách, zkráceně „Ah“, „AH“ nebo (zřídka) „A / H“. Menší hodnoty jsou měřeny v miliampérhodinách, obvykle zkráceně „mAh“. proud, který je čerpán z baterie (v ampérech) a T je doba, po kterou může baterie dodávat tento proud (v hodinách), kapacita ampérhodiny se zjistí vynásobením I pomocí T. Ve skutečnosti existují velké meze tento vzorec, protože chemie baterií omezuje jejich schopnost dodávat vysoké proudy. Obrázek 8 ukazuje některá čísla uváděná výrobcem baterie, pro nízké proudy. Ve skutečnosti jsou dokonce i tato čísla optimistická a konečné napětí může být pro elektronické aplikace nepřijatelně nízké.

Napětí

Jmenovité napětí plně nabité baterie je známé jako otevřený okruh napětí, zkrácený OCV nebo VOC, definovaný jako potenciál, který existuje, když mezi svorkami není uloženo žádné zatížení. Vzhledem k tomu, že vnitřní odpor voltmetru (nebo multimetru, pokud se používá pro měření stejnosměrných napětí) je velmi vysoký, může být připojen přímo mezi svorky akumulátoru, aniž by byl přítomen jiný zátěž, a zobrazí se přesně OCV. nebezpečí poškození elektroměru. Plně nabitá 12-voltová autobaterie může mít OCV asi 12,6 voltů, zatímco čerstvá 9-voltová alkalická baterie má typicky OCV asi 9,5 voltu. Buďte velmi opatrní, abyste nastavili multimetr pro měření stejnosměrných napětí před připojením přes baterii. Obvykle to znamená zapojit vodič z červené sondy do zásuvky, která je vyhrazena pro měření napětí, nikoli proudu.

Napětí dodávané baterií bude při použití zátěže výrazně sníženo a bude se dále snižovat, jakmile čas v průběhu vybíjecího cyklu klesá. Z těchto důvodů je vyžadován regulátor napětí, když baterie napájí komponenty, jako jsou například čipy s digitálním integrovaným obvodem, které netolerují velké změny napětí.

Obrázek 9

Baterie nebo články mohou být použity v sérii nebo paralelně. V sérii, celkové napětí řetězce buňek je nalezeno sčítáním jejich individuálních napětí, zatímco jejich amp-hodnostní hodnocení zůstane stejné jak pro jednu buňku, předpokládat, že všechny buňky jsou totožné. Paralelně, celkové napětí článků zůstává stejné jako u jedné buňky, zatímco hodnota kombinované ampérhodiny se zjistí sčítáním jejich individuálních hodnot ampérhodin, za předpokladu, že všechny baterie jsou identické. Viz obr. 9. Obr.

Co dělat

Baterie schopná dodávat značný proud může přehřát, vznítit nebo dokonce explodovat, pokud je zkratován. Při pádu klíče napříč svorkami autobaterie dojde k záblesku, hlasnému hluku a roztavenému kovu. Dokonce i 1,5 voltová alkalická baterie AA může být příliš horká na dotek, pokud jsou její svorky zkratovány. (Nikdy to nezkoušejte s dobíjecí baterií, která má mnohem nižší vnitřní odpor, což umožňuje mnohem vyšší proud proudu). Lithium-iontové baterie jsou obzvláště nebezpečné a téměř vždy jsou baleny s omezovačem proudu, který by neměl být vypnut. Zkratová lithiová baterie může explodovat.

Pokud je akumulátor používán jako levný a jednoduchý pracovní zdroj stejnosměrného napětí, měla by být zahrnuta pojistka nebo jistič. Jakékoli zařízení, které používá významnou energii baterie, by mělo být zajištěno.

Pro více informací o mikrospínačích, rockerech, posuvnících, přepínačích, DIPs, SIPs, pádlových přepínačích a dalších možnostech se podívejte na Encyklopedii elektronických součástí svazku 1 od Charlese Platta. Je to informativní, výstižný a dobře organizovaný zdroj, který je ideální pro učitele, fandy, inženýry a studenty, kteří chtějí rychlý odkaz na elektroniku.

Kup nyní!

Podíl

Zanechat Komentář