Akumulátory
(446)Skladovanie elektrickej energie je jednou z najväčších výziev modernej doby – v ére mobilných zariadení a obnoviteľných zdrojov energie. Táto kategória výrobkov zahŕňa predovšetkým batérie z prvej spomenutej oblasti. Ide o výrobky určené pre prenosné zariadenia, diaľkovo ovládané, samohybné roboty, ale aj náhrady bežných „tužkových“ batérií (AA, AAA), balíky článkov pre vysokoprúdové zariadenia (elektrické náradie, RC modely), ako aj komponenty, ktoré budú zaujímať predovšetkým výrobcov elektronických zariadení, t.j. batérie určené pre zariadenia v fabrickou montážou článkov alebo dokonca montáž na PCB dosku. V závislosti od požadovaného výrobku si kupujúci položí jednu z nasledujúcich otázok...
Akumulátor namiesto batérie – čomu venovať pozornosť?
Po mnoho rokov sú „akumulátory“, t.j. dobíjacie batérie ekvivalentom štandardných batérií a životaschopnou a atraktívnou cenovou alternatívou. Nákup sady batérií AA alebo AAA a univerzálnej nabíjačky je nákladovo efektívne, pohodlné a ekologické riešenie. Je to tiež vynikajúca a univerzálna inšpirácia na praktický darček. Bežnou chybou spotrebiteľov je kúpa lacnejších batérií, ale s menšou kapacitou. Bude to nákladovo efektívna voľba len pri napájaní zariadení s nízkou spotrebou energie (myši a bezdrôtové klávesnice, diaľkové ovládače RTV, hodiny). Pri iných zariadeniach bude batéria vyžadovať časté nabíjanie a rýchlejšie sa opotrebováva. Všimnite si, že menovité napätie batérií vo formáte AA a AAA je nižšie ako napríklad v prípade alkalických batérií (1,2V resp. 1,5V). Staršie zariadenia nemusia fungovať správne, ak je použitý zdroj energie z nabíjateľných článkov. Pozor! Miešanie rôznych batérií, pred ktorými varujú všetci výrobcovia elektrických zariadení, môže byť škodlivé. V prípade nabíjateľných batérií je takáto prax priamo nebezpečná! Môže to viesť k vážnemu poškodeniu zariadenia a dokonca k poškodeniu zdravia (v dôsledku popálenín).
Ako si vybrať vhodný ekvivalent akumulátora?
Stáva sa, že malé spotrebiče vybavené nabíjateľnou batériou sa začínajú čoraz častejšie vybíjať a/alebo nefungujú správne napriek správnej údržbe. Ak zariadenie ponúka ľahký prístup k batérii inštalovanej v jeho útrobách, môžeme sa pokúsiť ju vymeniť. V katalógu TME ponúkame rad balíkov, ktoré sú náhradou batérií používaných v bezdrôtových telefónoch, holiacich strojčekoch, elektrických zubných kefkách atď. Napriek tomu, ak nepoznáte podrobné parametre meneného balíka (kapacita, typ, napätie, výstup), je potrebné zistiť tieto parametre alebo vykonať podrobnú analýzu obvodu. V opačnom prípade to môže viesť k trvalému poškodeniu zariadenia (napr. k prepáleniu stabilizátora napätia, poruche motorčeka atď.). Našťastie väčšina značkových článkov a ich balíkov je podrobne popísaná vytlačením špecifikácií na skrinke/obale akumulátora.
Aký typ batérie vybrať pre projekt?
Výber batérie pre projekt nie je jednoduchá úloha. Môžeme to pokojne nazvať – umením kompromisu. Typ použitých článkov bude mať priamy dopad na prevádzku zariadenia, ale aj na jeho konštrukciu a obvod. Poďme sa preto stručne porozprávať o otázkach, ktoré si vyžadujú zváženie – a to ešte vo fáze návrhu.
Ktoré parametre akumulátora sú relevantné?
Bohužiaľ, odpoveď na túto otázku znie: všetky z nich. Dokonca aj taká triviálna otázka, ako je typ výstupov, môže výrazne ovplyvniť realizáciu projektu. Výrobca (a dokonca aj individuálny konštruktér) by mal zvážiť, či proces budovania zariadenia má brať do úvahy napr. etapu bodového zvárania lítiovo-iónových článkov, alebo je lepšie použiť hotový balík Li-Po? Ak bude mať spotrebiteľ možnosť vymeniť batériu samostatne – nie je lepšie zvoliť si štandardný, široko dostupný formát? Dokonca aj hmotnosť (a najmä ťažisko) cieľového produktu bude výrazne závislá od použitého zdroja energie.
Veľkosť a kapacita
Najväčšiu „hustotu“ uloženej energie v získame v prípade lítiových-polymérových batérií. Avšak ich použitie je spojené s množstvom komplikácií, ktoré sú popísané nižšie. Pomocou lítiovo-iónových článkov stojí za zváženie použitie ich menej bežných formátov, ako sú kratšie alebo tenšie valce, ktorý umožnia lepšie využitie priestoru v prípade cieľového zariadenia. Bohužiaľ, v každom prípade bude kapacita článku prísne závislá od jeho objemu.
Napätie a intenzita
Ani tie najlepšie DC/DC meniče nedosahujú 100% účinnosť. Každý menič umiestnený v obvode spôsobí stratu energie a tepelný výkon. Môže sa zdať lákavé umiestniť viacero článkov zapojených v zariadení paralelne – to vám umožní dosiahnuť vysokú rýchlosť prúdu (čo bude dôležité pri napájaní elektromechanických komponentov). Dôsledkom tohto riešenia však môže byť potreba použiť menič step-up, napríklad pre potreby podsvieteného LCD displeja – to bude zase mať za následok značnú spotrebu energie a zníženie životnosti. Okrem toho pomocou mikroprocesorového systému (napríklad jednodoskového počítača) sa v zariadení ajtak nájde množstvo snímačov a stabilizátorov napätia potrebných na prevádzku centrálnej jednotky a jej komponentov. Preto je dôležité vybrať taký balík článkov (a obvodových prvkov), ktoré umožnia optimálne napájanie celého systému, najlepšie pomocou jediného stabilizátora (v ideálnom prípade to bude stabilizátor spojený s regulátorom nabíjania a vyvažovačom, ale to nie je vždy možné).
Typy akumulátorov – krátke porovnanie
Keďže každý typ batérie má príslušné vlastnosti dané podľa svojho typu, nakoniec prinášame bežné porovnanie týchto technológií.
Lítiové-polymérové akumulátory
Ide o články s výnimočne vysokým pomerom uloženej energie vo vzťahu k objemu, poskytujú vysokointenzívny prúd a balíky môžu byť formované do kolmých obdĺžnikových celkov akýchkoľvek rozmerov. Používajú sa v kompaktných výrobkoch a tam, kde je potrebné dodať veľké množstvo energie v krátkom čase (napríklad v tzv. štartových boosteroch, ktoré umožňujú naštartovať auto napriek vybitej batérii). Bohužiaľ sa ale články tohto typu vyznačujú jemnosťou a v prípade porušenia obalu, jeho prehrievaním, chybným nabíjaním a dokonca aj zvlhčenia – vysokou nestabilitou. Balíky Li-Pol sú vybavené vyvažovacím systémom, ktorý chráni výrobok pred nesprávnym použitím – tento okruh však nezaručuje plnú bezpečnosť. Regulátor nabíjania lítiovo-polymérových batérií musí neustále monitorovať teplotu článkov. K degradácii a nezvratnému poškodeniu a deformáciám môže viesť hlboké vybitie balíka (alebo jeho dlhodobé skladovanie za iných podmienok, ako sú podmienky špecifikované výrobcom).
Lítiovo-polymérové akumulátory
Jedno z najobľúbenejších riešení dostupných na trhu. Li-Ion články sa vyznačujú dlhou životnosťou a jednoduchosťou použitia. Nabíjajú sa v dvoch fázach: najprv udržiavaním konštantnej intenzity a v záverečnej fáze konštantným napätím. Regulátory nabíjania a vyrovnávače lítiovo-iónových článkov sú široko dostupné a lacné (napriek tomu: najlepšie je vybrať si nabíjačku založenú na jednom zo sústav od známych a osvedčených výrobcov). Sú relatívne odolné voči mechanickým faktorom, aj keď tepelne „citlivé“. Pri spájaní článkov do balíkov je potrebné vyhnúť sa spájkovaniu drôtov priamo do terminálov akumulátora, na tento účel sa najčastejšie používajú bodové zváračky. Môžu dodávať veľmi veľký prúd (čo tiež znamená, že budú nebezpečné v prípade skratu). Ich veľkosť je najčastejšie určená reťazcom číslic, napr. 18650. Toto je spôsob zaznamenávania rozmerov akumulátora. Prvé dve číslice určujú jeho priemer v milimetroch, posledné tri dĺžku v desatinách milimetra. Preto: 18650 je valec s priemerom 18 mm a výškou 65 mm. Ako zaujímavosť tu možno spomenúť, že článok Li-Ion 14500 má rovnakú veľkosť ako batéria formátu AA, a preto môžu byť použité štandardné batériové košíky na montáž a kombinovanie do balíkov.
Akumulátory typu LiFePO4
Lítiovo-železno-fosfátové články sa často označujú ako nástupcovia lítiovo-iónovej technológie. Na rozdiel od jej zástupcov batérie LiFePO4 neobsahujú v elektródach kobalt. Vyznačujú sa dlhšou životnosťou, väčšou stabilitou a porovnateľnými elektrickými parametrami. Ich ďalším plusom je nízky samovybíjací prúd (t. j. zostávajú nabité pomerne dlho). Výrobný proces umožňuje vyrábať tieto batérie so svorkami vo forme skrutiek, čo uľahčuje a urýchľuje montáž a pripojenie článkov a tiež poskytuje nízky odpor spojov a ich dobré prúdové parametre.
Akumulátory typu Ni-MH
Celý názov tohto typu akumulátorov je „nikel-metal-hydridové“. Najčastejšie sa používa vo formátoch spotrebiteľských batérií. Vyžadujú impulzné nabíjanie (najlepšie v procesorovej nabíjačke), pretože im škodí pripojenie k zdroju jednosmerného prúdu. Tento typ článkov je tiež citlivý na hlboké vybitie.
Akumulátory typu Ni-Cd
Niklovo-kadmiové články sa konštrukciou, aplikáciou a elektrickými parametrami blížia Ni-MH článkom, hoci dosahujú nižšiu energetickú hustotu. Je potrebné mať na pamäti, že akumulátory tohto typu majú tzv. „pamäťový efekt“. Inými slovami, ich kapacita sa znižuje, ak nie sú pravidelne vybité a úplne nabité. Pre potenciálneho kupujúceho bude najdôležitejšou informáciou, že tento typ batérií je momentálne stiahnutý z ponuky TME z environmentálnych dôvodov.
Sklad:
