O Akumulatorach #1

Witam wszystkich czytelników!

Nazywam się Michał Bronicki i jestem nowym redaktorem na stronie RoboBlog. Interesuję się głównie elektroniką, a w szczególności radiotechniką. Bardzo lubię programować, z tego względu część projektów realizuję na bazie Arduino i RaspberryPi. Będę starał się w miarę regularnie wrzucać kolejne artykuły, które mam nadzieję, Was zainteresują. Przejdźmy więc już do głównego tematu tego artykułu.

Każdy elektronik, który budował już jakieś układy, na pewno zetknął się z problemem ich zasilania. Oczywiście możemy użyć zasilacza prądu stałego, podłączanego bezpośrednio do gniazdka, czy nawet podłączyć nasz układ bezpośrednio do komputera przez np. port USB.

O ile nasze urządzenie ma być stacjonarne to takie rozwiązanie będzie bardzo wygodne. Będziemy mogli nawet wykorzystać wspomniany wcześniej port USB do przesyłania do komputera informacji z czujników, odbieranych danych, w przypadku układu wykorzystującego fale radiowe, czy nawet sygnalizowania ewentualnej awarii naszego urządzenia. To rozwiązanie nie sprawdza się jednak w sytuacjach, gdy musimy wykonać urządzenie, które będzie często przenoszone, będzie pracowało w miejscu gdzie nie ma doprowadzonej sieci energetycznej, lub nawet będzie się samo poruszało, jak to ma miejsce w robotach z napędem. W takim przypadku musimy użyć akumulatora.

W tej części artykułu zajmę się omówieniem najpopularniejszych z nich, czyli akumulatorów litowo-polimerowych, często w skrócie nazywanych LiPo lub Li-Poly. Nie będę się zbyt rozwodził nad ich budową, zamiast tego postaram się omówić ich podstawowe parametry i właściwości. Podstawowym parametrem opisującym akumulator jest jego pojemność. Wyrażamy ją jednostką [Ah] (Amperogodzina), lub jej wielokrotnościami. Pojemność akumulatorów LiPo wyraża się najczęściej w [mAh] (miliamperogodzina).
Weźmy za przykład akumulator taki jak na tym zdjęciu:
Widzimy, że jego pojemność to 5000[mAh].

Jak się przed chwilą dowiedzieliśmy, można to także zapisać jako 5[Ah]. No dobrze, ale co to właściwie oznacza? Jak zapewne możemy się domyślić
(Amper * godzina)

Więc dla pojemności 5[Ah] z takiego akumulatora możemy pobierać 5[A] przez 1 godzinę, 2.5[A] przez 2 godziny, 10[A] przez 0.5 godziny itd.

W rzeczywistości czas będzie nieznacznie malał wraz ze wzrostem prądu, ze względu na budowę ogniw, lecz sądzę, że takie odchylenia są zupełnie pomijalne. Spójrzmy jeszcze raz na zdjęcie. Możemy tam zobaczyć także drugi parametr opisujący nasz akumulator. Jest to napięcie znamionowe, wyrażane w [V] (Woltach). W tym miejscu należałoby wspomnieć, że akumulatory LiPo można ładować tylko przy użyciu dedykowanej do tego celu ładowarki.
[su_highlight background=”#ee5857″]Nigdy nie należy podłączać zacisków akumulatora bezpośrednio pod stałe napięcie[/su_highlight], ponieważ w najlepszym wypadku zniszczymy tylko nasz akumulator.

Aby z akumulatora uzyskać inne napięcie, niż napięcie znamionowe, musimy użyć przetwornicy, lub regulatora napięcia. Temat ograniczania lub podwyższania napięcia znacznie wykracza poza ten artykuł, lecz mam nadzieję, że uda mi się kiedyś go omówić na łamach RoboBloga.

Ostatnim ważnym parametrem opisującym akumulator jest jego Maksymalny stały prąd rozładowywania.

Zapisuje się go w postaci „jednostki” o skrócie C. Nie jest to [C] (kulomb)[miara ładunku elektrycznego].

Osobiście uważam, że C nie powinniśmy nazywać jednostką, lecz oznaczeniem. Jeszcze raz popatrzmy więc na zdjęcie.
Widzimy tam oznaczenie 40C. Aby przekształcić wartość zapisaną z pomocą oznaczenia C, musimy znać pojemność akumulatora w [Ah] . Tą pojemność mnożymy przez wartość C i dzielimy przez jedną godzinę.

Jak widzimy wynik wychodzi w Amperach, wszystko się zgadza. Jak mogłeś już zauważyć, to natężenie jest zaskakująco duże. 200[A] to przecież ogromny prąd! Jednak taki maksymalny prąd możemy z takiego akumulatora uzyskać. Tego typu akumulatory mają bardzo małą rezystancję wewnętrzną i dlatego mogą dostarczać bardzo duże prądy. Dlatego bardzo ważne jest stosowanie układu zabezpieczającego przed zwarciem (o czym powiemy w kolejnych częściach). Przypuśćmy, że do zacisków akumulatora bez układu zabezpieczającego podłączymy kawałek drutu. Dla uproszczenia możemy przyjąć, że rezystancja takiego drutu wynosi 1[Ω] (om).
Jak wiemy z prawa Ohma

(Natężenie prądu jest równe napięciu podzielonemu przez rezystancję).

Prąd będzie więc wynosił

Gdyby do obwodu były dołączone inne elementy, najprawdopodobniej zostały by zniszczone szybciej, niż zdążyłbyś stwierdzić, że gdzieś popełniłeś błąd. Właśnie dlatego, tak ważne jest stosowanie układu zabezpieczającego, który w razie wystąpienia zwarcia, „odłączy” układ od akumulatora.

Myślę, że to było by na tyle w tym artykule. Przewiduję jeszcze jedną część, omawiającą inne typy akumulatorów.

Michał Bronicki