Jeffrey Cross
Jeffrey Cross

Komponenta mjeseca: Baterije

Svakog mjeseca ove godine istražujemo drugu elektroničku komponentu, istražujući što je to, kako funkcionira i kako je koristite u projektima. Prošlog mjeseca smo pogledali dobar prekidač. Ovaj mjesec je baterija, ta prijenosna kuća koja pruža elektroničke prehrambene krugove mora oživjeti. Kao i uvijek, započet ćemo s uvodom u baterije putem uređenog isječka iz bitne Enciklopedije elektroničkih komponenti Charlesa Platta: - Gareth Branwyn

Što se točno događa unutar tih AAA baterija koje napajaju vašu LED bateriju? Kratak odgovor je: Kemija. Kemijske reakcije mogu potaknuti elektrone da izlaze iz jednog terminala i natrag u drugi, radeći neki koristan posao na tom putu. U međuvremenu, unutar baterije, pozitivni ioni, također poznati kao rupe elektrona, mijenjaju mjesta. Na kraju se kemijske reakcije spuste, a baterija prestaje isporučivati ​​energiju. Ako se radi o punjivom tipu, možete prisiliti elektrone i pozitivne ione da se vrate tamo gdje su počeli, spremni za ponovno pokretanje.

Slika 1

Slika 2

Slika 1 prikazuje presjek svakodnevne alkalne baterije, a Slika 2 prikazuje neke shematske simbole. One u gornjem redu funkcionalno su identične onima u donjem redu.

Dulji od dva retka u simbolu baterije predstavlja pozitivnu stranu. Jedan od načina da to zapamtite jest zamisliti da se duža crta može odrezati na pola, tako da se dva segmenta mogu kombinirati u znak +. Tradicionalno, više povezanih simbola baterija označava višestruke ćelije unutar baterije; tako da središnji simboli na slici 2 mogu ukazivati ​​na 3V bateriju, dok oni s desne strane pokazuju napon veći od 3V. U praksi se ova konvencija ne poštuje savjesno.

Baterije protiv kondenzatora

Slika 3

Zašto ne možemo koristiti velike kondenzatore umjesto baterija? Kondenzator ne zahtijeva kemijske kemijske reakcije, te se teoretski može puniti neograničen broj puta. Zapravo postoje superkondenzatori koji imaju neke specijalizirane primjene, ali koštaju puno, ne zadržavaju svoje punjenje tijekom dugog razdoblja, a pohranjuju manje električne energije od baterije iste težine. Kao što je prikazano na slici 3, kondenzator također gubi napon mnogo brže tijekom ciklusa pražnjenja. U doglednoj budućnosti koristit ćemo baterije za prijenosnu energiju.

potrošnog materijala

U svijetu punom sofisticiranih punjivih baterija, zašto još uvijek koristimo potrošni materijal? Prvo, njihova gustoća energije je veća, i drugo, imaju rok trajanja od 5 godina ili više, jer tako polako gube naboje (to je poznato kao “brzina samopražnjenja”). Za primjene poput detektora dima, daljinskih upravljača ili bljeskalica u nuždi, baterije za jednokratnu upotrebu nemaju zamjenu. Međutim, oni imaju ograničenja: ne mogu isporučiti toliko struje koliko brzo mogu puniti.

Rechargeables

Najčešći tipovi su “olovna kiselina”, “nikal-kadmij” (skraćeno “nicad” ili “NiCd”), “nikl-metal hidrid” (skraćeno “NiMH”), “litij-ion” (skraćeno “Li-ion”). ), i "litij-ionski polimer."

Olovne baterije postoje već više od jednog stoljeća. Oni sadrže olovne ploče koje se mogu oblikovati u teksturu spužve, kako bi se povećala reaktivna površina, iako se ova tekstura može fizički izbrisati dubokim pražnjenjem. U bateriji s dubokim ciklusom, ploče su čvrste. Oni su bolje sposobni izdržati pražnjenje gotovo do nule, ali su manje sposobni opskrbljivati ​​visokom strujom.

Slika 4

Zatvorena olovno-kiselinska baterija namijenjena za napajanje vanjskog svjetla aktiviranog detektorom pokreta prikazana je na slici 4. Ova jedinica teži nekoliko kilograma te se tijekom dana puni 6 6 x 6 ″ solarnim panelom.

Slika 5

Nikal-kadmijeve ("NiCad") baterije mogu izdržati ekstremno visoke struje, ali su zabranjene u Europi zbog toksičnosti metalnog kadmija. Oni se zamjenjuju nikal-metal-hidridnim ("NiMH") tipovima, koji su slobodni od "memorijskog efekta" koji može spriječiti NiCad ćeliju da se potpuno napuni ako je ostavljena tjednima ili mjesecima u djelomično ispražnjenom stanju. Slika 5 prikazuje deset paketa NiMH stanica, pri čemu je svaka stanica veličine alkalne D-stanice. Paket kao što je ovo samo je stvar za vožnju robota pravedne veličine.

Slika 6

Neke male punjive baterije prikazane su na slici 6. NiCad paket u gornjem lijevom dijelu proizveden je za bežični telefon i brzo zastarijeva. 3V litijska baterija u gornjem desnom dijelu bila je namijenjena digitalnoj kameri. Sve tri baterije u donjoj polovici fotografije su svi punjivi NiMH nadomjesci za 9V, AA i AAA baterije. NiMH kemija rezultira AA i AAA baterijama s jednom stanicom koje su ocijenjene za 1.2V umjesto 1.5V, ali proizvođač tvrdi da se mogu zamijeniti za 1.5V alkalne ćelije jer NiMH jedinice održavaju svoj nazivni napon konzistentnije tijekom vremena. Prema tome, izlaz iz svježe NiMH baterije može biti usporediv s izlazom alkalne baterije koja je dio puta kroz ciklus pražnjenja.

napon

Budući da se ionski prijenos mora odvijati unutar baterije radi dovršenja kruga, struja koju baterija može isporučiti bit će ograničena njezinom unutarnji otpor, Bilo koja vrsta punjive baterije ima niži unutarnji otpor nego alkalne.

Slika 7

Budući da baterija ne isporučuje struju ako nema opterećenja, struja se mora izmjeriti dok je teret učvršćen i ne može se mjeriti samo metrom. Osigurač u mjeraču će eksplodirati ako je mjerač spojen izravno između priključaka baterije. Struja se uvijek mora mjeriti s mjeračem u seriji s opterećenjem. Vidi sliku 7. t

Kapacitet

Slika 8

Električni kapacitet baterije mjeri se u amp-satima, skraćeno "Ah", "AH" ili (rijetko) "A / H". Manje vrijednosti mjere se u milliamp-satima, obično skraćeno "mAh". struja koja se izvlači iz baterije (u amperima) i T je vrijeme za koje baterija može isporučiti tu struju (u satima), kapacitet amp-sata se nalazi množenjem I po T. U stvarnosti, postoje velika ograničenja Ova formula, jer kemija baterija ograničava njihovu sposobnost isporuke visokih struja. Slika 8 prikazuje neke brojeve koje tvrdi proizvođač baterije, za male struje. U stvarnosti, čak i ovi brojevi su optimistični, a konačni napon u svakom slučaju može biti neprihvatljivo nizak za elektroničku primjenu.

napon

Nazivni napon potpuno napunjene baterije poznat je kao napon otvorenog kruga, skraćeno OCV ili VOC, definirano kao potencijal koji postoji kada se između terminala ne postavi nikakvo opterećenje. Budući da je unutarnji otpor volt metra (ili multimetar, kada se koristi za mjerenje istosmjernih napona) vrlo visok, on se može spojiti izravno između terminala akumulatora bez prisutnosti drugog opterećenja, te će pokazati OCV prilično točno, bez opasnost od oštećenja brojila. Potpuno napunjena 12-voltna baterija automobila može imati OCV od oko 12,6 volti, dok svježa alkalna baterija od 9 volti obično ima OCV od oko 9,5 volta. Budite izuzetno oprezni pri postavljanju multimetra kako biste izmjerili istosmjerne napone prije spajanja preko baterije. Obično to uključuje uključivanje žice iz crvene sonde u utičnicu odvojeno rezerviranu za mjerenje napona, a ne amperažu.

Napon koji daje baterija bit će znatno povučen kada se na njega primijeni opterećenje, i dalje će se smanjivati ​​kako vrijeme prolazi tijekom ciklusa pražnjenja. Iz tih razloga potreban je regulator napona kada baterija pokreće komponente kao što su digitalni čipovi integriranog kruga, koji ne toleriraju široke varijacije napona.

Slika 9

Baterije ili ćelije mogu se koristiti serijski ili paralelno. U seriji, ukupni napon lanca stanica se pronalazi zbrajanjem njihovih pojedinačnih napona, dok njihova amp-satna ocjena ostaje ista kao i za jednu ćeliju, uz pretpostavku da su sve stanice identične. Paralelno ožičen, ukupni napon ćelija ostaje isti kao i za pojedinačnu ćeliju, dok se kombinirana vrijednost amp-sata pronalazi zbrajanjem njihovih pojedinačnih ocjena amper-sata, uz pretpostavku da su sve baterije identične. Vidi sliku 9. t

Što ne činiti

Baterija koja može isporučiti značajnu struju može se pregrijati, zapaliti ili čak eksplodirati ako je kratko spojena. Ispuštanje ključa preko priključaka akumulatora rezultirat će sjajnom bljeskalicom, glasnom bukom i nekim rastaljenim metalom. Čak i 1,5-voltna alkalna AA baterija može postati prejaka da bi se dodirnula ako su njezini priključci kratko spojeni. (Nikad ne pokušavajte to s baterijom koja se može puniti, koja ima znatno niži unutarnji otpor, što omogućuje mnogo veći protok struje). Litij-ionske baterije su posebno opasne i gotovo uvijek su pakirane s komponentom koja ograničava struju i koju ne bi trebalo onemogućiti. Litijska baterija s kratkim spojem može eksplodirati.

Ako se baterija koristi kao jeftino i jednostavno radno mjesto, potrebno je uključiti DC napajanje, osigurač ili prekidač. Svaki uređaj koji koristi značajnu snagu baterije treba spojiti.

Za više informacija o mikroprekidačima, rockerima, klizačima, preklopnicima, DIP-ovima, SIP-ovima, prekidačima za veslo i još mnogo toga pogledajte Enciklopediju elektroničkih komponenata Volume 1 autora Charlesa Platta. To je informativan, koncizan i dobro organiziran resurs koji je savršen za učitelje, hobiste, inženjere i studente koji žele brzu referencu za elektroniku.

Kupi sada!

Udio

Ostavite Komentar