Розбираємося в акумуляторах

1. конструкція
2. Електрохімічна система
3. напруга
4. ємність
5. внутрішній опір
6. струм саморазряда
7. Термін служби
8. ефект пам'яті

Акумулятор є невід'ємною частиною мобільних роботів і, тому, свої публікації я вирішив почати саме з акумуляторів. Тут я хотів би розглянути їх пристрій і характеристики, на які слід звертати увагу при виборі їх для свого пристрою.

Отже, акумулятор (лат. Accumulator - збирач) - це пристрій який накопичує енергію з метою її подальшого використання. Акумулятор представляє з себе прилад, в якому електрична енергія перетворюється в енергію хімічних процесів і в міру необхідності робить її зворотне перетворення.

Можна виділити наступні основні характеристики акумуляторів:

• конструкція (корпус)
• електрохімічна система
• напруга
• ємність
• внутрішній опір
• ток саморозряду
• термін служби

Реальний стан акумулятора оцінюється за трьома його основними характеристиками - це реальна ємність в даний момент часу, внутрішньому опору і струму саморозряду. Не можна надавати більшої значущості будь-якого з цих параметрів. Всі вони однаково важливі для оцінки його стану.

конструкція

Розглянемо, для прикладу, пристрій Li-ion акумулятора, що використовується в мобільному телефоні.

У пластиковий корпус поміщаються один або кілька елементів (в них-то і запасається енергія), які, як правило, послідовно з'єднуються зі схемою управління. Схема управління керує процесом заряду і розряду, а в деяких випадках служить для ідентифікації акумулятора. В Ni-MH акумуляторах це просто пасивні елементи, в Li-ion і Li-polimer може бути і мікроконтролер (Що, природно, позначається на вартості).

Електрохімічна система

Li-ion акумулятор

Для харчування портативних пристроїв і мобільних роботів в даний час найбільш часто використовуються:

рідко використовують

• LiFePo4
• іоністори

напруга

Напруга вибирається виходячи з потреб вашого пристрою.

Якщо необхідна напруга один елемент не забезпечує, то можна зробити збірку з кількох елементів, з'єднаних послідовно. Наприклад, для свинцево-кислотних акумуляторів типові значення напруги для однієї секції становить 2.1В, отже, 6 секцій акккумуляторной батареї і дають 12.6В.

ємність

Номінальна ємність акумулятора - це та кількість енергії, яку акумулятор повинен володіти в зарядженому стані. Ця кількість енергії можна визначити, розряджаючи акумулятор постійним струмом протягом певного проміжку часу, поки не буде досягнуто, деяке порогове значення.

Електрична ємність вимірюється в ампер-годинах (А · год), або ж в похідних одиницях - міліампер-годинах (мА · год). У реальному житті ця величина коливається в рамках 80-110% від номінального значення і залежить від багатьох факторів:

• фірми-виробника
• умов і терміну зберігання
• технології введення в експлуатацію
• технології обслуговування в процесі самої експлуатації
• технології заряду, а відповідно, і від використовуваних зарядних пристроїв
• умов експлуатації (температура, вологість і ін.)
• термінів експлуатації т.д..

В ідеалі, акумулятор ємністю 1000 мА · год повинен віддавати постійний ток 1000 мА · год протягом однієї години, ток 100mA протягом 10 годин, ток 10 мА протягом 100 годин і так далі. На практиці ж, якщо струм розряду досить великий для даного акумулятора, то номінальна ємність не досягається, а при малих токах розряду, перевищує її.

Ємність, ка кізвестно, позначається літерою C, тому, коли говорять про розряд акумулятора, що дорівнює С / 10, то мається на увазі струм розряду в десять разів менший, ніж заявлений в номінальній ємності акумулятора. Так, для акумулятора з ємністю 1000 мА · год, ми отримуємо розряд струмом 100 мА.То ж саме стосується і заряду.

внутрішній опір

Внутрішній опір акумулятора вимірюється в мілліомах (мОм) - це те, що в значній мірі визначає тривалість його віддачі енергії в навантаження.

Внутрішній опір залежить від ємності елемента і числа елементів в акумуляторі, з'єднаних послідовно.

При низькому внутрішньому опорі, акумулятор може віддати в навантаження більший піковий струм, а значить, і велику пікову потужність.

При високому внутрішньому опорі, якщо струм навантаження різко збільшується, то на акумуляторі різко падає напруга. У цьому випадку акумулятор не може повністю віддати свою енергію в навантаження.

У міру збільшення терміну експлуатації, внутрішній опір акумуляторів зростає і може збільшитися в кілька разів.

струм саморазряда

Явище саморазряда полягає у втраті своєї ємності після зарядки акумулятора.

Щоб оцінити величину саморозряду можна використовувати значення втраченої за певний час ємності, виражене у відсотках від величини ємності, отриманої відразу після заряду. Для інтервалів часу, які вибираються для оцінки саморазряда вибирають, як правило, добу, або місяць.

Саморозряд акумуляторів максимальний в перші 24 години після заряду і потім різко знижується. Наприклад, для NiCd акумуляторів допустимо саморазряд на 10% за перші 24 години, для NiMH ця величина ще більше. Мінімально розряджаються Li-ion акумулятори та для них інтервал часу, за який оцінюється саморазряд, вибирається один місяць.

На величину саморозряду сильно впливають умови навколишнього середу. Наприклад, при підвищенні температура на 10 градусів, по відношенню до кімнатної температури, саморозряд може збільшиться в два рази.

Термін служби

Термін служби акумулятора характеризується кількістю циклів заряду / розряду, яке може бути проведено без зниження ємності, збільшення саморазряда і внутрішнього опору.

Термін служби залежить від:

• технології заряду
• глибини розряду
• температури навколишнього середовища
• хімічних властивостей того чи іншого типу акумуляторів
• часу, що пройшов з моменту виготовлення акумулятора

Останній пункт особливо впливає на Li-ion акумулятори (повинні бути «свіжими»).

Як правило, при зниженні ємності акумулятора до 60% від номінальної, акумулятор вважається що з ладу.

Якщо в акумуляторної батареї окремі елементи мають різні ємність і напруга, то це негативно позначається на її експлуатаційних параметрах.

ефект пам'яті

Якщо в акумуляторі проиходит укрупнення кристалічних утворень активної речовини, то зменшується площа активної поверхні, внаслідок чого відбувається оборотна втрата ємності.

Найбільше від цього страждають NiCd і NiMH акумулятори. Процес відновлення цих типів акумуляторів представляє з себе дроблення великих кристалічних утворень, яке проводиться шляхом контрольованого розряду невеликим струмом.

Надалі я докладно розберу кожен тип акумуляторів, зроблю огляд їх недоліків і переваг і розповім як я організував систему харчування в своєму мобільному роботі.

Ще по цій темі