Jeffrey Cross
Jeffrey Cross

Kuu komponent: patareid

Iga kuu sel aastal uurime teistsugust elektroonilist komponenti, mis viitab sellele, mis see on, kuidas see toimib ja kuidas seda projektides kasutate. Eelmisel kuul vaatasime hea oli lülitit. Selle kuu aku on see, et elektrooniline toitumisahelat pakkuv kaasaskantav maja peab elama. Nagu alati, alustame asjadega patareide tutvustamisega Charles Platt 'i oluliste elektrooniliste komponentide Encyclopedia of Volume 1 väljaande kaudu: -Gareth Branwyn

Mis toimub täpselt nende AAA patareide sees, mis toidavad teie LED taskulampi? Lühike vastus on: keemia. Keemilised reaktsioonid võivad julgustada elektrone voolama ühest terminalist ja tagasi teisele, tehes teed mööda mõningat kasulikku tööd. Samal ajal muutuvad aku sees positiivsed ioonid, mida tuntakse ka elektron-aukudena. Lõpuks kahanevad keemilised reaktsioonid ja aku katkestab toite. Kui see on laetav tüüp, võite sundida elektrone ja positiivseid ioone tagasi minema, kus nad uuesti alustasid.

Joonis 1

Joonis 2

Joonis 1 näitab igapäevase leelispatarei ristlõiget ja joonisel fig 2 on kujutatud mõned skemaatilised sümbolid. Ülemine rida on funktsionaalselt identsed alumise reaga.

Pikem aku sümbolist kaks rida kujutab positiivset külge. Üks võimalus seda mäletada on ette kujutada, et pikemat rida saab libistada pooleks, nii et need kaks segmenti saavad kombineerida, et moodustada + märk. Traditsiooniliselt näitavad mitmed ühendatud aku sümbolid aku sees mitut rakku; seega võivad joonisel 2 kujutatud keskmärgid osutada 3V patareile, samas kui paremal olevad akud näitavad pinge üle 3V. Praktikas ei järgita seda konventsiooni kohusetundlikult.

Patareid ja kondensaatorid

Joonis 3

Miks me ei saa lihtsalt patareide asemel kasutada suuri kondensaatoreid? Kondensaator ei vaja temperatuuri keemilisi reegleid ja teoreetiliselt saab seda piiramatult laadida. Tegelikult on olemas superkondensaatorid, millel on mõned spetsiaalsed rakendused, kuid nad maksavad palju, nad ei võta oma tasu pikaks ajaks ja hoiavad vähem elektrit kui sama kaaluga aku. Nagu on näidatud joonisel fig 3, kaob kondensaator ka tühjenemise tsükli jooksul palju kiiremini. Lähitulevikus kasutame kaasaskantavate toiteallikate jaoks patareisid.

Ühekordsed

Maailmas, kus on palju keerukaid akusid, miks me endiselt kasutame ühekordselt kasutatavaid akusid? Esiteks on nende energiatihedus kõrgem ja teiseks on nende kõlblikkusaeg 5 aastat või rohkem, sest nad kaotavad oma laengu nii aeglaselt (seda nimetatakse „isetühjenemise määraks”). Selliste rakenduste puhul nagu suitsuandurid, pihuarvutid või avarii-taskulambid ei ole ühekordselt kasutatavatel patareidel asendust. Neil on siiski piirid: nad ei saa nii palju voolu anda kui laetavad.

Laadijad

Kõige tavalisemad tüübid on „plii-hape”, „nikkel-kaadmium” (lühendatud „nicad” või „NiCd”), „nikkelmetalli hüdriid” (lühendatud „NiMH”), „liitium-ioon” (lühendatud „Li-ioon”). ) ja „liitium-ioonpolümeer“.

Plii-happe patareid on olemas juba üle sajandi. Need sisaldavad pliidiplaate, mis võivad olla moodustatud käsnaks tekstuuriks, et maksimeerida reaktiivset pinda, kuigi seda tekstuuri saab füüsiliselt süvendada. Sügavsükli akus on plaadid tahked. Nad suudavad paremini vastu nullile langeda, kuid on võimelised andma suure voolutugevuse.

Joonis 4

Joonisel 4 on kujutatud suletud pliiakud, mis on ette nähtud liikumisanduri poolt aktiveeritud välise valguse toiteks. See seade kaalub mitu naela ja on päevasel ajal laetud 6-tollise 6-tollise päikesepaneeliga.

Joonis 5

Nikkel-kaadmiumi („NiCad”) patareid võivad taluda väga suuri voolusid, kuid on metallilise kaadmiumi toksilisuse tõttu Euroopas keelatud. Neid asendavad nikkel-metallhüdriid („NiMH”), mis on vabad “mäluefektist”, mis võib takistada NiCad-raku täielikku laadimist, kui see on jäetud osaliselt tühja oleku jaoks nädalateks või kuudeks. Joonisel fig 5 on näidatud kümme pakki NiMH rakke, kusjuures iga rakk on leeliselise D-raku suurus. Selline pakett on just see, mida õiglase suurusega roboti juhtida.

Joonis 6

Mõned väikesed laetavad patareid on näidatud joonisel 6. Ülemine vasakpoolne NiCadi pakend valmistati juhtmeta telefoni jaoks ja on kiiresti vananenud. 3V liitiumpatarei üleval paremal oli mõeldud digikaamerale. Foto alumises osas olevad kolm patareid on kõik laetavad NiMH-asendajad 9V, AA ja AAA patareidele. NiMH keemia tulemuseks on AA ja AAA üheelemendiliste patareide nimiväärtus 1,2 V, mitte 1,5 V, kuid tootja väidab, et neid saab asendada 1,5 V leeliselementidega, sest NiMH ühikud säilitavad oma nimipinget aja jooksul järjekindlamalt. Seega võib värske NiMH aku väljund olla võrreldav leelispatareiga, mis on osaliselt läbivoolutsükli jooksul.

Võimsus

Kuna ioonülekanne peab toimuma aku sees, et vooluahela lõpule viia, piirab aku poolt tarnitav vool seda sisemine takistus. Igat tüüpi laetav aku on madalam sisemise takistusega kui leelis.

Joonis 7

Kuna aku koormuse puudumisel voolu ei tekita, tuleb vool mõõta koormuse kinnitamise ajal ja seda ei saa mõõta ainult meetri abil. Kui arvesti on ühendatud vahetult aku klemmide vahel, hakkab mõõteseadme kaitsme löök. Voolu tuleb alati mõõta koormusega arvesti abil. Vt joonist 7.

Võimsus

Joonis 8

Aku elektrilist võimsust mõõdetakse amp-tundides, lühendatult „Ah“, “AH” või (harva) “A / H”. Väiksemaid väärtusi mõõdetakse milliamp-tundides, tavaliselt lühendatult „mAh”. akust laetav vool (amprites) ja T on aeg, millal aku suudab selle voolu (tundides) tarnida, amp-tundide võimsus leitakse, korrutades I väärtust T. Tegelikkuses on suured piirangud see valem, kuna patareide keemia piirab nende võimet tarnida suuri voolusid. Joonis 8 näitab mõningaid numbreid, mida patarei tootja on vähe voolanud. Tegelikkuses on isegi need arvud optimistlikud ja lõplik pinge igal juhul võib olla elektroonikarakenduste puhul lubamatult madal.

Pinge

Täielikult laetud aku nimipinge on tuntud kui avatud ahela pingelühendatud OCV või VOC, mida määratletakse kui potentsiaali, mis eksisteerib siis, kui terminalide vahel ei rakendata koormust. Kuna voltmõõturi (või multimeetri, kui seda kasutatakse alalisvoolu mõõtmiseks) sisemine takistus on väga suur, saab selle ühendada vahetult aku klemmide vahel ilma muu koormuseta ja näitab OCV-d üsna täpselt, ilma arvesti kahjustamise oht. Täielikult laetud 12-voldise auto aku OCV võib olla umbes 12,6 volti, samal ajal kui värske 9-voldise leelispatarei OCV on tavaliselt umbes 9,5 volti. Olge äärmiselt ettevaatlik, et seada multimeeter, et mõõta alalisvoolu, enne selle ühendamist akuga. Tavaliselt tähendab see punase sondi traadi ühendamist pistikupesasse, mis on eraldi pinge mõõtmiseks, mitte voolutugevus.

Aku tarnitud pinge tõmmatakse oluliselt koormuse rakendamisel alla ja väheneb veelgi, kui aeg möödub tühjenemistsükli ajal. Nendel põhjustel on vajalik pinge regulaator, kui aku jõuab komponentidesse, nagu näiteks digitaalsed integraallülituse kiibid, mis ei talu suurt pinget.

Joonis 9

Patareisid või rakke võib kasutada järjestikku või paralleelselt. Seerias leitakse rakkude ahela kogu pinge nende individuaalsete pingete summeerimise teel, samas kui nende amp-tundide arv jääb samaks kui ühe raku puhul, eeldades, et kõik rakud on identsed. Paralleelselt traadiga ühendatud rakkude pinge jääb samaks kui ühe lahtri puhul, samas kui kombineeritud amp-tunni väärtus leitakse summeerides nende individuaalsed amp-tunnid, eeldades, et kõik patareid on identsed. Vt joonist 9.

Mida mitte teha

Aku, mis suudab pakkuda märkimisväärset voolu, võib ülekuumeneda, süttida või isegi plahvatada, kui see on lühis. Mutrivõtme kukkumine auto aku klemmidele toob kaasa heleda välgu, valju müra ja mõned sulanud metallid. Isegi 1,5-voldine leeliseline AA-aku võib liiga kuumaks muutuda, kui selle klemmid on lühikesed. (Ärge kunagi proovige seda laetava akuga, millel on palju väiksem sisemine takistus, mis võimaldab palju suuremat voolu voolu). Liitium-ioon akud on eriti ohtlikud ja peaaegu alati on varustatud voolupiiranguga komponendiga, mida ei tohiks keelata. Lühendatud liitiumpatarei võib plahvatada.

Kui akut kasutatakse odava ja lihtsa tööpingi alalisvooluallikana, tuleks lisada kaitsme või kaitselüliti. Kõik seadmed, mis kasutavad olulist akut, peaksid olema sulatatud.

Lisateavet mikrolülitite, klappide, liugurite, lülitite, DIP-ide, SIP-ide, mõõtelülitite ja muu kohta leiate Charles Platt'i elektroonilise komponendi Encyclopedia of Volume 1 hulgast. See on informatiivne, lühike ja hästi organiseeritud ressurss, mis sobib õpetajatele, harrastajatele, inseneridele ja üliõpilastele, kes soovivad kiiret elektroonikat.

Osta kohe!

Osa

Jätnud Kommentaari