Компонент на месеца: Батериите

Оригинално заглавие: Component of the Month: Batteries

Автор: Charles Platt

Превод: Т.Б.

Всеки месец от тази година ние разглеждаме различен електронен компонент, задълбочаваме се в това какво представлява той, как работи и как го използвате в проектите си. Миналият месец ние разгледахме добрия стар ключ. Този месец, ще разгледаме батерията, тази джобен източник на енергия, която съживява всяка схема. Както винаги, ще започнем с едно въведение за батериите чрез редактирания откъс важната енциклопедия „Encyclopedia of Electronic Components Volume 1:- от Gareth Branwyn“. За какво точно става дума, точно, във вътрешността на тези ААА батерии захранващи вашето LED фенерче? Краткият отговор е: Химия. Химическите реакции могат да предизвикат протичането на електроните от единият извод(терминал) обратно към другия, извършвайки някаква полезна дейност по пътя си. Междувременно, в батерията, положителните йони, още известни като „електрон-дупки“, си разменят местата. Евентуалното приключване на химическите реакции, ще доведе до прекратяването на захранващата функция на батерията. Ако ли батерията е „презареждаща се“, вие можете принудително да накарате електроните и положителните йони, да се върнат обратно на местата си, от където са тръгнали, за да са готови за нова работа.

Фигура 1


Фигура 2
На фигура 1 е показан секционен-разрез на една обикновена ежедневно използвана алкална батерия, а на фигура 2 някои схематични означения. Тези от първият ред са функционално идентични с тези от долния ред. По-дългата черта в символното означение на батерията представя положителната страна. Един от начините да запомните това е, че дългата линия може да се раздели на две части, така че двата нови сегмента могат да сформират знака „+“. Обикновено, символите с няколко едновременно свързани батерии, символизират множеството от клетки в самата батерия; затова централно разположените символи на фигура 2, могат да показват 3V батерия, докато тези от дясната страна биха показвали напрежение по-голямо от 3V. На практика, тази уговорка не се следва съвестно винаги.

Фигура 3

Защо не можем да използваме големи кондензатори вместо батерии? Кондензаторът не изисква темпераментни химически реакции, и на теория може да се презарежда неограничен брой пъти. Всъщност съществуват т.нар. „супер кондензатори“, които имат някои специализирани приложения, но те струват много, те не задържат заряда си за дълъг период от време, и те съхраняват по-малко електричество в сравнение с батерия със същото тегло. Както е показано на фигура 3, кондензатора също губи напрeжение много по-бързо по време на разрядния цикъл. За обозримото бъдеще, ние ще използваме батерии за портативно захранване.

КОНСУМАТИВИ

В свят пълен с сложни презареждащи се батерии, защо все още използваме консумативи? Първо, тяхната енергийна плътност е по-голяма, и второ, те имат живот на „търговския рафт“ от 5 години или повече, тъй като те губят заряда си толкова бавно (това е известно като“собствена скорост на разряд/self-discharge rate“). За приложения, като детекторите на дим, дистанционните управления нямат заместител. Но въпреки това, те притежават ограничения: те не могат да осигурят толкова голям ток, колкото презареждащите се.

ПРЕЗАРЕЖДАЩИ СЕ

Най-често използваните видове са „оловно-киселинните“/lead-acid/, „никелокадмиевите“/означавани „nicad“ или „NiCd“/, „никел-метал-хидридните“/означавани „NiMH“/, „литиевойонните“/означавани „Li-ion“/ и „литий-йон полимерните“. Оловно-киселинните батерии съществуват от повече от век. Те съдържат оловни плочи, които могат за се оформят в гъбена текстура, за да се увеличи реактивната площ на взаимодействие, въпреки че тази текстура може да бъде физически наранена от дълбок разряд.


Фигура 4
Запечатаната оловно-киселинна батерия предназначена да захранва външна светлина задействана от детектор за движение е покана на фигура 4. Тази акумулаторна батерия тежи няколко килограма и се зарежда бавно по време на деня от слънчев панел с размери 6″ x 6″.

Фигура 5
Никел-кадмиевите(NiCad) батерии могат да устоят на токове със значителна стойност, но са забранени в европа, заради токсичността на метала кадмий. Те са заменени от никел-метал-хидридните(NiMH), които са освободени от негативният ефект „на памет“, който може да попречи на NiCad клетките да се презаредят напълно ако е била оставена няколко седмици или месеци в „състояние на частичен разряд“. Фигура 5 показва пакет
от десет NiMH клетки, като всяка една клетка е с големината на единична D-клетка. Такъв тип пакет може да захранва неособено голям робот.

Фигура 6

АМПЕРАЖ

Тъй като обменът на йони трябва да се осъществи вътре в самата батерия, за да се затвори ел.верига, токът който батерията може да осигури ще бъде ограничен от нейното вътрешно съпротивление. Всеки тип презареждаща се батерия, притежава по-малко вътрешно съпротивление от алкалните батерии.

Фигура 7

Тъй като батерията няма да осигурява ток ако не е наличен товар, тока трябва да бъде измерен докато е включен товара, и не може да бъде измерен единствено с амперметъра. Предпазителят в амперметъра ще се стопи, ако той се свърже директно към изводите на батерията.

Фигура 8

Батериите или клетките могат да бъдат използвани последователно или паралелно. При последователното им свързване, общото напрежение на клетките се намира като се сумират техните индивидуални напрежения, докато тяхната характеристика за „ампер-часове“ остава същата, както и за единична клетка, при допускането, че всички клетки са идентични. Свързани успоредно, общото напрежение остава едно и също като на единична клетка, докато общата стойност за „ампер-часовете“ се намира като сумата на техните индивидуални оразмерени характеристики за „ампер-часа“, приемайки отново, че батериите са идентични.

Какво ДА НЕ правим

Батерия, която е способна да осигури значителен ток, може да прегрее, да се възпламени, или дори да експлодира ако се осъществи късо съединение. Използването на гаечен ключ върху изводите на автомобилен акумулатор, ще предизвика ярка искра, голям шум, и малко разтопен метал. Дори 1.5V алкална АА батерия, може да стане прекалено гореща за докосване, ако изводите и се окъсят заедно.(Никога не опитвайте това с презареждаща се батерия, която притежава по-малко вътрешно съпротивление, което позволява протичането на по-голям ток). Литиево-йонните батерии са особено опасни, и винаги се затварят в корпус с токоограничаващ елемент, който нетрябва да се изключва. При окъсяването на литиево-йонна батерия е възможно тя да експлодира.Ако пакет с батерии се използва като евтин и елементарен лабораторен токозахранващ източник DC, то трябва да се включи предпазител със стопяема вложка. Всяко едно устройство, което използва значителен по размер батерийна мощност трябва да бъде предпазена по този начин.

// Допълнителна информация извън статията:
// WIKIPEDIA: en.wikipedia.org/wiki/Peukert’s_law