Розбираємося в акумуляторах, РОБОТОША

розбираємося

Отже, акумулятор (лат. accumulator - збирач) - це пристрій, який накопичує енергію з метою її подальшого використання. Акумулятор являє собою прилад, в якому електрична енергія перетворюється на енергію хімічних процесів і в міру необхідності здійснює її зворотне перетворення.

Можна виділити такі основні характеристики акумулятора:

  • конструкція (корпус)
  • електрохімічна система
  • напруга
  • ємність
  • внутрішній опір
  • струм саморозряду
  • строк 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 якомусь із цих параметрів. Усі вони однаково важливі оцінки його стану.

Конструкція

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

Електрохімічна система

акумуляторах

Для живлення портативних пристроїв та мобільних роботів в даний час найчастіше використовуються:

Напруга

Напруга вибирається, виходячи з потреб вашого пристрою.

Якщо необхідну напругу один елемент не забезпечує, можна зробити збірку з кількох елементів, з'єднаних послідовно. Наприклад, для свинцево-кислотних акумуляторівТипові значення напруги для однієї секції становить 2.1В, отже, 6 секцій акумуляторної батареї і дають 12.6В.

Номінальна ємність акумулятора — це кількість енергії, яку акумулятор повинен мати в зарядженому стані. Цю кількість енергії можна визначити, розряджаючи акумулятор постійним струмом протягом деякого проміжку часу, доки досягнуто, деяке граничне значення.

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

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

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

Ємність, як відомо, 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. Те саме стосується і заряду.

Внутрішній опір

Внутрішній опір акумулятора вимірюється в міліомах (мОм) – цете, що значною мірою визначає тривалість його віддачі енергії у навантаження.

Внутрішній опір залежить від ємності елемента та кількості елементів акумулятора, з'єднаних послідовно.

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

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

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

Струм саморозряду

Явище саморозряду полягає у втраті своєї ємності після заряджання 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 саморозряду, вибирають, як правило, добу, або місяць.

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

На величину саморозряду сильно впливають умови довкілля. Наприклад, при підвищенні температура на 10 градусів по відношенню до кімнатної температури саморозряд може збільшитися вдвічі.

Строк служби

Термін служби акумулятора характеризується кількістю циклів заряду/розряду, яка може бути виконана без зниження ємності,збільшення саморозряду та внутрішнього опору.

Термін служби залежить від:

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

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

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

Якщо в акумуляторній батареї окремі елементи мають різні ємність і напругу, це негативно позначається на її експлуатаційних параметрах.

Ефект пам'яті

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

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

Надалі я докладно розберу кожен тип акумуляторів, зроблю огляд їхніх недоліків та переваг і розповім, як я організував систему живлення у своєму мобільному роботі.