Аккумуляторы для питания РА

June 26, 2010 by admin Комментировать »

у любыхтипов аккумуляторов, в отличие от одноразовых элементов, намно­го выше-саморязряд при хранении, а в остальном характеристики современ­ных «пальчиковых» (NiMH) аккумуляторов практически такие же, как у ще­лочных одноразовых батареек, разве что номинальное напряжение несколько ниже— 1,3 В против 1,5 В у щелочных. Но давайте немного разберемся, ка­кие вообще бывают аккумуляторы, ибо они существенно различаются по свойствам, и каждый тип оптимален для применения в своей области.

Аккумуляторы встречаются кислотные, щелочные, никель-кадмиевые (NiCd), никель-металлгидридные (NiMH), литий-ионные (Li-ion), и еще по­падаются литий-полимерные (Li-pol). Кроме перечисленных, существует еще море разновидностей аккумуляторов (в теории любая электрохимиче­ская реакция обратима и может использоваться как для выработки электрик-ческого тока, так и для откладывания его «про запас»), но на рынке доми­нируют именно эти типы.

Кислотные аккумуляторы правильнее называть свинцово-кислотными (Lead-Acid, СКА), но других кислотных, кроме как на основе свинца, в быту вы не встретите. Это, вероятно, самая древняя разновидность аккумуляторов — первый работоспособный СКА был создан аж в. 1859 г. В начале XX века вы­яснилось, что именно этот тип аккумуляторов неплохо подходит для того, чтобы крутить стартер автомобиля, и с тех пор их производят десятками миллионов.

Еще лет двадцать назад автомобильные аккумуляторы были весьма каприз­ными и даже несколько опасными для здоровья — конструкторы никак не могли справиться с выделением газов, сопровождающим процесс заряда. Из-за этого СКА приходилось делать негерметичными, а электролитом в них, между прочим, служит серная кислота, которую периодически требовалось доводить до нужной плотности дистиллированной водой — занятие, мягко говоря, небезопасное. С тех пор СКА значительно облагородились, стали герметичными и необслуживаемыми, но в основе они все те же, что тридцать и пятьдесят лет назад. У них низкая удельная энергоемкость (30—50 Вт-ч/кг в самых лучших образцах), и они боятся глубокого разряда, отчего в процес­се хранения их надо все время подзаряжать.

Зато у СКА высокая перегрузочная способность — стартерная батарея даже на морозе без особых усилий отдает ток в несколько сотен ампер, необходи­мый для того, чтобы прокрутить холодный двигатель. При этом СКА дешевы и относительно неплохо держат заряд: хороший автомобильный аккумулятор разряжается в среднем на 5% в месяц или на 50% за год. Именно этот тип аккумуляторов традиционно используется в источниках бесперебойного пи­тания (ИБП). Так как там они пребывают в тепличных условиях (постоянно подзаряжаются), то срок службы батареи в ИБП может достигать 5—7 лет.

СКА заряжать довольно просто (они не очень боятся перезаряда), автомати­ческие зарядники для автомобильных СКА доступны каадому. В радиолю­бительской практике герметизированные СКА можно рекомендовать для пи­тания мощных устройств (например, содержащих электродвигатели).

Для никель-кадмиевых (NiCd) аккумуляторов также характерна высокая нагрузочная способность (хотя и поменьше, чем для СКА), но есть и три ка­питальных недостатка. Первый— относительно малая удельная энергоем­кость (хотя и несколько большая, чем у СКА) — 45—60 Вт-ч/кг. Второй — нелюбовь к зарядке не «с нуля», т. н. «эффект памяти». Третий — высокий саморазряд, до 10% в первые сутки, потом около 10% в месяц.

Правильный режим зарядки NiCd-аккумуляторов — сначала полная разрядка (формально — до напряжения 1 В на элемент), а потом уже полная зарядка. Потому для NiCd-аккумуляторов рекомендуется вырабатывать заряд до пол­ного «умирания» устройства— редкие зарядные устройства позволяют себе тратить время на предварительную разрядку. «Фирменная» зарядка произво­дится до достижения определенного напряжения с дополнительным контро­лем по температуре (так работают зарядники, например, к дорогому электро­инструменту). Более простой способ — заряжать определенным током в течение конкретного времени. Это лишний аргумент для того, чтобы предва­рительно разряжать батарею, потому что иначе определить необходимое время затруднительно. Правда, и умеренной перезарядки NiCd-аккумуляторы боятся меньше, чем разбираемые далее NiMH.

NiCd-аккумуляторы традиционно используются там, где требуется высокая нагрузочная способность и большой кратковременный ток. В первую очередь это электроинструмент, снабжаются такими аккумуляторами и профессио­нальные ТВ-камеры, шахтерские фонари или мобильные радиостанции. Одно из крупных преимуществ NiCd — это единственный тип, который без по­следствий может храниться полностью разряженным.

Никель-металлгидридные (NiMH)— это все пальчиковые аккумуляторы, которые продаются в киосках. Номинальная емкость различается для элемен­тов одного размера, и обычно на них написана большими буквами. Когда-то эту нишу занимали NiCd (они еще выпускались с этикетками на белом фоне, чтобы отличить от батареек), но «зеленые» настояли, и теперь NiCd можно приобрести лишь в специализированных точках продаж. Конечно, дело не только в загрязнении окружающей среды — NiMH-аккумуляторы имеют большую, чем NiCd, удельную емкость (60—120 Вт-ч/кг) и не склонны к «эффекту памяти», потому заряжать их можно не обязательно «с нуля». Зато они боятся глубокого разряда (хотя и не в такой степени, как СКА), и хра­нить их надо хотя бы частично заряженными. При этом они имеют самый высокий из всех типов саморазряд (вдвое больше, чем у NiCd) и страшно не любят перезарядки, потому что сильно нагреваются в конце процесса заряда (это, кстати, может служить одним из признаков того, что зарядку пора за­канчивать). Типичные кривые зависимости напряжения от времени работы для таких аккумуляторов показаны на рис. 9.3.

clip_image002

Рис. 9.3. Типовые разрядные кривые NiMH-аккумулятора типоразмера АА емкостью 2200 мА-ч при 20 °С (по данным Energizer Holdings, Inc.)

Как ни старались, но заставить NiMH отдавать большой импульсный ток при перегрузках не удалось. Тем не менее, NiMH-элементы сейчас наиболее рас­пространены среди универсальных аккумуляторов для бытовой электронной аппаратуры, исключая только такую, где зарядное устройство целесообразно встроить в сам прибор или «бесплатно» прикладывать к нему. Дело в том, что Li-ion-разновидность, о которой пойдет речь далее, абы как заряжать реши­тельно не рекомендуется, и лишь «фирменный» зарядник гарантирует, что все будет как надо.

Прежде всего отметим главную, и очень удобную черту литий-ионных (Li-ion) аккумуляторов: никакого «эффекта памяти» они не имеют, и вообще ни­какой профилактики (в виде специальной «тренировки» при хранении) не требуют. Но это мало помогает: Li-ion отличаются еще и тем, что портятся просто при хранении практически так же, как и во время эксплуатации. А вот будете ли вы их разряжать до конца, или подзаряжать каждые полчаса— от этого почти ничего не зависит (допустимое число циклов заряд-разряд пре­вышает 1000), причем частая дозарядка для этого типа даже предпочтитель­нее, так как хранить их полагается в заряженном виде.

Li-ion-аккумуляторы отличаются большой энергоемкостью (ПО—160 Вт-ч/кг) и малым саморазрядом — менее 10% в месяц, причем около трети этой величины обусловлено потреблением встроенных схем защиты. Схемы защи­ты нужны потому, что эти аккумуляторы совершенно не выносят перезаряда и при нарушении режима просто взрываются без предупреждения. Li-ion также плохо относятся к низким температурам. Все эти качества в совокуп­ности и обусловили область применения Li-ion — для мобильных устройств с собственным зарядным устройством (сотовые телефоны, ноутбуки и т. п., в последнее время ими также стал снабжаться электроинструмент). Литий-полимерные (Li-pol) аккумуляторы — разновидность Li-ion, которая отлича­ется в худшую сторону тем, что совершенно не выносит низких температур (ниже О °С они отказываются работать) и имеет меньшую долговечность (100—200 циклов заряд-разряд)^ Зато они имеют «твердый» электролит, по­хожий на обычную пластиковую пленку, что позволяет делать батареи очень тонкими (до 1 мм), гибкими или имеющими произвольную форму.

Использование литий-ионных аккумуляторов в радиолюбительской практи­ке — совершенно отдельная тема, которой мы здесь не будем касаться в силу ее обширности.

Зарядка аккумуляторов

В радиолюбительской практике и в быту обычно приходится самостоятельно заряжать универсальные аккумуляторы — пальчиковые NiMH, или, изредка, NJCd-разновидности. В главе 22 мы сконструируем зарядное устройство для NiCd-аккумуляторов, основанное на описанных в этом разделе принципах, и вы убедитесь, что это довольно сложно (и даже если использовать специали­зированные микросхемы, то проще не становится). Но для NiMH самому со­оружать зарядные устройства бессмысленно, проще и дешевле их приобре­сти. В любом случае лучше не использовать дешевый блок зарядки без автоматики, внутри которого всего только и есть, что диод да ограничивающий ток резистор. Взрываться такие аккумуляторы, скорее всего, не станут, а вот перезаряда они не любят и быстро от этого портятся (NiCd, в частности, имеют привычку при регулярной перезарядке вздуваться). Если все же вам жаль по­тратиться на приличный «интеллектуальный» зарядник фирмы AcmePower или Sony, то покупайте хотя бы такой, который имеет таймер для своевременного выключения. Правда, таймер обычно рассчитывается на «среднепотолочную» емкость, но в описании к заряднику должно быть указано, на какую емкость номинально он рассчитан.

Как правильно рассчитать время заряда, если у вас нет «умного» зарядника или емкость отличается от номинальной? Просто поделите энергоемкость ак­кумулятора (в мА-ч) на зарядный ток, который выдает ваше устройство (в мА), и вы получите время в часах, которое нужно умножить примерно на 1,3—1,4. Если величина тока не указана, то в инструкции обычно есть таблица времени зарядки в зависимости от емкости, тогда ток можно ориентировочно подсчи­тать самостоятельно, можно и попытаться померить его мультиметром. Обыч­ный «универсальный» режим заряда, который не может повредить никакому аккумулятору (о литиевых особый разговор), предполагает зарядку током 0,1 от емкости — например, АА-тип емкостью 2000 мА-ч надо заряжать 13-—14 ча­сов током 200 мА. Разумеется, этот расчет относится к полностью разряжен­ному аккумулятору, так как точный расчет времени при частичном разряде — задача пракгически нерешаемая.

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты