Акумулатори
(450)Съхранението на електрическа енергия е едно от най-големите предизвикателства в днешно време - в ерата на мобилните устройства и възобновяемата енергия. Тази продуктова категория включва предимно акумулатори от първата спомената област. Това са продукти, предназначени за преносими устройства, дистанционно управляеми, самоходни роботи, но също така и заместители на обикновени батерии (AA, AAA), пакети клетки за високотокови устройства (електрически инструменти, RC модели), както и компоненти, които ще бъдат интересни за производителите на електронно оборудване, т.е. акумулатори, предназначени за фабрична инсталация в устройства или дори за монтиране върху печатни платки. В зависимост от търсения продукт, купувачът ще си зададе един от следните въпроси ...
Акумулатор вместо батерия – на какво да обърнем внимание?
В продължение на много години "акумулаторните батерии", т.е. зарежданите заместители на стандартните батерии са реална и рентабилна алтернатива. Закупуването на комплект акумулаторни батерии AA или AAA и универсално зарядно устройство е рентабилно, удобно и екологично решение. Освен това е отлична и универсална идея за практичен подарък. Честа грешка на потребителите е да купуват батерии, които са по-евтини, но имат по-малък капацитет. Това ще бъде рентабилен избор само при захранване на устройства с ниска консумация на енергия (безжични мишки и клавиатури, радио и телевизионни дистанционни управления, часовници). За друго оборудване батерията ще се нуждае от често зареждане и ще се износва по-бързо. Трябва да се отбележи, че номиналното напрежение на батериите AA и AAA е по-ниско отколкото, например, на алкалните батерии (съответно: 1,2V и 1,5V). По-старите устройства може да не работят правилно, когато се захранват от акумулаторни клетки. Внимание! Смесването на различни батерии, за което предупреждават всички производители на електрическо оборудване, може да бъде вредно. Тази практика е изключително опасна в случай на акумулаторни батерии! Може да доведе до сериозни повреди на оборудването и дори до увреждане на здравето (изгаряния).
Как самостоятелно да изберем заместител на акумулатора?
Случва се, че малки домакински уреди, оборудвани с батерии, започват да се разреждат все по-често и/или да работят неправилно, въпреки правилната поддръжка. Ако устройството предлага лесен достъп до инсталирания вътре акумулатор, можем да се опитаме да го сменим. В каталога на TME предлагаме редица пакети, които заместват акумулаторните батерии, използвани в безжични телефони, самобръсначки, електрически четки за зъби и др. Въпреки това: ако не знаем подробните параметри на пакета, който сменяваме (капацитет, тип, напрежение, изводи), трябва да проведем проучване или подробен анализ на веригата. В противен случай може да се стигне до трайни повреди на оборудването (напр. изгаряне на стабилизатора на напрежението, повреда на двигателя и т.н.). За щастие, повечето маркови батерии и техните пакети са подробно описани чрез отпечатване на спецификации върху корпуса/опаковката на батерията.
Какъв вид акумулатори да изберем за нашия проект?
Изборът на акумулатор за даден проект не е лесна задача. Може дори да се нарече - изкуство на компромиса. Видът на използваните батерии ще има пряко въздействие не само върху работата на устройството, но и върху неговата конструкция и верига. Затова нека накратко обсъдим въпросите, които изискват разглеждане - и то на етапа на проектирането.
Кои параметри на акумулатора са важни?
Отговорът на този въпрос е - всичките. Дори толкова тривиален въпрос като видът на изводите може значително да повлияе на реализирането на проекта. Производителят (и дори индивидуален конструктор) трябва да прецени дали процесът на конструиране на устройството трябва да включва например етап на точково заваряване на литиево-йонни клетки или е по-добре да се използва готов Li-Po пакет? Ако потребителят ще може сам да замени батерията - не би ли било по-добре да се спре на нейния стандартен, широко достъпен формат? Дори теглото (и особено центърът на тежестта) на целевия продукт ще бъде силно повлияно от използвания източник на енергия.
Размер и капацитет
Най-голяма „плътност” на съхраняваната енергия получаваме при литиево-полимерните акумулатори. Използването им обаче е свързано с редица усложнения, които са разгледани по-долу. Когато се използват литиево-йонни клетки, струва си да се обмисли използването на техните по-малко популярни формати, например по-къси или по-тънки цилиндри, което ще позволи по-добро използване на пространството в корпуса на целевото устройство. За съжаление, при всички случаи капацитетът на клетката ще бъде тясно свързан с нейния обем.
Напрежение и интензитет
Дори най-добрите преобразуватели DC/DC не достигат 100% ефективност. Всеки преобразувател, поставен във веригата, ще води до загуба на енергия и ще генерира топлина. Може да изглежда изкушаващо да поставите много успоредно свързани клетки в устройството - това позволява, наред с други, постигане на висок тока (това ще бъде важно при захранване на електромеханични компоненти). Последицата от такова решение може да бъде необходимостта от използване на преобразувател step-up, напр. за подсветен LCD дисплей – това от своя страна ще доведе до значителна консумация на енергия и намаляване на живота. Нещо повече, използвайки микропроцесорна система (напр. едноплатков компютър), устройството и така ще съдържа редица преобразуватели и стабилизатори на напрежението, необходими за работата на централното устройство и неговите компоненти. Ето защо е важно да изберете такъв пакет от клетки (и елементи на веригата), който ще позволи оптимално захранване на цялата система, за предпочитане с използването на един стабилизатор (в идеалния случай това ще бъде стабилизатор, съчетан с контролер на зареждане и балансьор, но това не винаги е възможно).
Видове акумулатори – кратко сравнение
Тъй като всеки тип акумулатор има свои специфични характеристики, накрая представяме бегло сравнение на тези технологии.
Литиево-полимерни акумулатори
Това са батерии с изключително високо съотношение на съхранената енергия към обема, осигуряват ток с висока интензивност и пакетите могат да бъдат оформени в кубовидни форми с всякакви размери. Те се използват в компактни продукти и там, където е необходимо да се осигурят големи количества енергия за кратко време (например, така наречените автомобилни бустери, позволяващи стартиране на колата, въпреки че е разредена). За съжаление клетките от този тип също са деликатни, а в случай на повреждане на пакета, прегряване, неправилно зареждане или дори влага - високо нестабилни. Пакетите Li-Pol са фабрично оборудвани със система за балансиране, която предпазва продукта от злоупотреба - тази верига обаче не гарантира пълна безопасност. Контролерът за зареждане на литиево-полимерни батерии трябва постоянно да наблюдава температурата на клетките. Разграждането и необратимите повреди и деформации могат да бъдат причинени от дълбоко разреждане на пакета (или продължително съхранение при условия, различни от посочените от производителя).
Литиево-йонни акумулатори
Едно от най-популярните решения, достъпни на пазара. Li-Ion клетките се характеризират с дълъг живот и лесна поддръжка. Те се зареждат на два етапа: първо чрез поддържане на постоянен ток и накрая чрез поддържане на постоянно напрежение. Контролерите за зареждане и балансьорите за литиево-йонните клетки са широко достъпни и евтини (въпреки това обаче: най-добре е да изберете зарядно устройство, базирано на една от системите на известни и доказани производители). Те са относително устойчиви на механични фактори, макар и термично "чувствителни". При свързването в пакети избягвайте запояването на проводниците директно към клемите на батерията, за тази цел най-често се използват точкови заваръчни устройства. Те могат да доставят много висок ток (което също означава, че ще бъдат опасни в случай на късо съединение). Размерът им най-често се определя от поредица цифри, например 18650. Това е начин за записване на размерите на акумулатора. Първите две цифри показват диаметъра му в милиметри, последните три дължината в десетки от милиметъра. Следователно: 18650 означава цилиндър с диаметър 18 mm и височина 65 mm. Като любопитен факт може да се спомене, че клетката Li-Ion 14500 има същия размер като батерията с формат АА, така че за тяхното монтиране и групиране могат да се използват стандартни гнезда за батерии.
Акумулатори LiFePO4
Литиево-железо-фосфорните клетки често се наричат наследници на литиево-йонната технология. За разлика от нейните представители, акумулаторите LiFePO4 не съдържат кобалт в електродите си. Те се характеризират с по-дълъг експлоатационен живот, по-голяма стабилност и сравними електрически параметри. Допълнително предимство е ниският ток на саморазряд (т.е. те остават заредени за относително дълго време). Производственият процес позволява производството на тези батерии с клеми под формата на винтове, което улеснява и ускорява монтажа и свързването на клетките, а също така гарантира ниско съпротивление на съединенията и добри токови параметри.
Акумулатори Ni-MH
Пълното наименование на батериите е “никел-метал-хидридни”. Най-често използваните в потребителски формати батерии. Те се нуждаят от импулсно зареждане (в идеалния случай в процесорно зарядно устройство), тъй като се увреждат, когато са свързани към източник на постоянен ток. Този тип батерии също са чувствителни на дълбоко разреждане.
Акумулатори Ni-Cd
Никел-кадмиевите батерии по конструкция, приложение и електрически параметри са подобни на Ni-MH, въпреки че енергийната им плътност е по-ниска. Обърнете внимание, че при този тип батерии е налице т.нар „ефект на паметта“. С други думи, капацитетът им ще се влоши, ако не бъдат редовно разреждани и напълно зареждани. Най-важната информация за потенциалния купувач ще бъде фактът, че този тип батерии в момента се изтеглят от офертата на TME поради екологични причини.
Склад:
