Elektronika Praktyczna 12/2011 - UlubionyKiosk

More documents

Recommendations

Info

TEMAT NUMERU AKUMULATORY NOTATNIK KONSTRUKTORA Nowoczesne akumulatory i ogniwa elektryczne Wybór odpowiednich akumulatorów to kluczowa kwestia przy projektowaniu urządzeń przenośnych. Ma ona znaczenie także w wielu aplikacjach stacjonarnych, w których akumulator jest zapasowym źródłem energii. Dlatego jest ważne, by dobrze orientować się we własnościach poszczególnych rodzajów akumulatorów, które to parametry wynikają z rodzaju elektrolitu i materiałów użytych do budowy. Dobór akumulatora do urządzenia polega nie tylko na wyborze jego napięcia i pojemności, ale także na określeniu szeregu warunków pracy, na jakie będzie narażony. Ważne są: przewidywane prądy, z jakimi będzie pracował akumulator, długość jego cykli ładowania oraz przewidywany maksymalny stopień rozładowania, oczekiwany, całkowity czas funkcjonowania urządzenia zanim nastąpi konieczność wymiany akumulatora, temperatura otoczenia, wymagania odnośnie do bezpieczeństwa, a także ciężar, kształt, czy też sposób użytkowania projektowanego urządzenia. Istotny jest też sam proces ładowania, ponieważ poszczególne akumulatory zasila się prądem o różnym natężeniu, a ze względu na własności fizykochemiczne można stosować różne sposoby ładowania. Dlatego też wybór akumulatora determinuje rodzaj ładowarki i jej „inteligencję”. Podział akumulatorów Akumulatory można podzielić na dwa sposoby. Pierwszym z kryteriów jest rodzaj zastosowanego elektrolitu. Stąd dzielimy je na ogniwa kwasowe lub zasadowe. Obecnie, te pierwsze są produkowane wyłącznie jako ogniwa kwasowoołowiowe, podczas gdy do drugiej grupy należą praktycznie wszystkie pozostałe rodzaje ogniw. Drugie kryterium podziału dotyczy konstrukcji obudowy. Wyróżnia się akumulatory otwarte i zamknięte. Te pierwsze pozwalają na dosyć łatwe uzupełnianie elektrolitu, są bardziej odporne na nadmierne przeładowanie, gdyż nie powstaje w nich nadmierny wzrost temperatury ani ciśnienia w trakcie ładowania, ale ich elektrody łatwiej ulegają zniszczeniu ze względu na kontakt z powietrzem atmosferycznym. Akumulatory zamknięte są bardziej odporne na uszkodzenia mechaniczne, ale w trakcie ładowania powstają w nich gazy, co powoduje wzrost ciśnienia wewnątrz obudowy. Ponieważ akumulatory zamknięte od dłuższego czasu produkuje się z membranowymi wentylami, które umożliwiają wydostawanie się gazów bez wydostawania się ciekłego elektrolitu, wiele z istotnych dawniej trudności z ich użytkowaniem straciło na znaczeniu. Budowa akumulatorów Akumulatory składają się z pojedynczego lub z wielu zazwyczaj połączonych szeregowo ogniw. Ogniwa (czasami zwane celami) złożone są ze związków chemicznych, które tworzą elektrody i składają się na elektrolit. W praktycznie wszystkich ogniwach, za wyjątkiem kwasowo-ołowiowych, wyróżnia się dwie elektrody zanurzone w elektrolicie. W akumulatorach z kwasem, elektrolit pełni funkcję nie tylko buforową i transportową dla ładunku, ale jest również elektrodą. Akumulatory różnią się od typowych baterii jednorazowych tym, że zachodzące w nich w trakcie pracy procesy chemiczne można odwrócić za pomocą prądu elektrycznego. Procesy te to: zachodzące na anodzie utlenianie oraz redukcja na katodzie. Role katody i anody zmieniają się w zależności od tego czy akumulator pracuje samoczynnie, czy jest ładowany. Wynika to z faktu, że w trakcie rozładowywania, utleniająca się elektroda ujemna oddaje elektrony podlegającej redukcji na elektrodzie dodatniej i powodując przepływ prądu. W trakcie ładowania proces ten jest odwracany. Właściwości zastosowanych materiałów, z których wykonane są elektrody oraz cechy procesów redukcji i utleniania sprawiają, że poszczególne rodzaje ogniw istotnie różnią się między sobą parametrami użytkowymi (nie tylko elektrycznymi). Parametry akumulatorów Ogniwa galwaniczne w akumulatorach cechują się przede wszystkim różnymi wartościami generowanego napięcia. Dla naładowanych ogniw mieści się ono w zakresie od 1,2 V dla NiCd i NiMH do 3,7 V dla Li-Po. Bardzo ważnym parametrem jest też gęstość energii, która mówi o tym ile watogodzin można uzyskać z kilograma ciężaru ogniwa. Wartość ta wynosi od ok. 30…45 Wh/kg do ok. 160…250 Wh/kg dla ogniw Li-Ion (litowo-jonowych). Zdarza się, że jest wyrażana również z watogodzinach na litr, gdyż niekiedy ważniejsza jest miniaturyzacja, niż ograniczanie ciężaru projektowanego urządzenia. Zdolność do oddawania ładunku będzie jednak zależała nie tyle od gęstości energii, co od gęstości mocy. W tej kategorii najgorzej spośród popularnych akumulatorów wypadają ogniwa NiCd (niklowo-kadmowe) a najlepiej: Li-Po (litowo-polimerowe). Należy jednak zaznaczyć, że dostępna moc, a nawet w praktyce dostępna energia zależą od parametrów pracy akumulatora tj. pobieranego prądu i temperatury ogniwa. Wartości podawane przez producentów zawsze odnoszą się do warunków wzorcowych. Ponieważ w trakcie nieużywania akumulatora i tak zachodzą w nim różne zjawiska chemiczne, z czasem ulega on samorozładowywaniu. Jest to przypadłość przede wszystkim ogniw Ni-MH, które tracą najczęściej ok. 30% ładunku na miesiąc. Ogniwa zużywają się także w trakcie pracy. Stąd ich żywotność określa się w cyklach ładowania i rozładowania. Zawiera się ona najczęściej w zakresie od kilkuset do kilku tysięcy, ale trzeba pamiętać, że czasem ważny jest też stopień rozładowania, od którego może istotnie zależeć rzeczywista żywotność akumulatora. Czas funkcjonowania akumulatora można również określić w przewidywanych latach, które zazwyczaj są górną granicą, do której dotrwają tylko akumulatory pracujące w bardzo korzystnych warunkach. Naturalnie, do warunków pracy zalicza się też temperatury, których zakres tolerancji różni poszczególne grupy ogniw. Oczywiście, poszczególne rodzaje akumulatorów charakteryzują się różnymi kosztami w przeliczeniu za watogodzinę energii, ale ich ceny znacznie zależą też od producenta i zastosowanych usprawnień. W zależności od wykonania, będą też różniły się prądem znamionowym, sumaryczną pojemnością i kształtem. Problemy z ogniwami Korzystanie z akumulatorów jest nierozłącznie związane z wieloma trudnościami, które należy rozważyć projektując urządzenie. Jednym z najbardziej znanych lub raczej popularnych zjawisk powodujących problemy jest tzw. efekt pamięci. Polega on na tym, że gdy ogniwo jest ładowane, zanim zostanie zupełnie rozładowane, pozornie zachowuje się tak, jakby jego pojemność zmniejszyła się do ilości ładunku dostarczonego od momentu rozpoczęcia ładowania. Uważa się, że najbardziej podatne na to zjawisko są akumulatory NiCd (niklowo-kadmowe), ale w rzeczywistości nie jest ono silne, nie jest zupełnie nieodwracalne i w końcu w pewnym stopniu pojawia się także w innych rodzajach akumulatorów. W praktyce objawia się ono przede wszystkim spadkiem napięcia na ogniwie, co nie jest jednoznaczne 50 ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 12/2011
Akumulatory i pakiety akumulatorowe BTO BTO Sp. z o.o. zajmuje się dystrybucją baterii, akumulatorów, pakietów akumulatorów, ładowarek i innych artykułów elektrotechnicznych. Obecnie w ofercie firmy można znaleźć praktycznie każdą baterię i akumulator – od popularnego „paluszka” do baterii zasilających awionikę myśliwców F16. PREZENTACJE Temat Dodatkowe informacje: BTO Sp. z o.o., ul. Fabryczna 25 (budynek A), 90-341 Łódź, tel.42 672 42 02, faks 42 672 47 87, bto@bto.pl, www.bto.pl Sklep „Bateryjka”, ul. Dąbrowskiego 17/21, Łódź, tel. 42 663 54 38, bateryjka@bto.pl TEMAT NUMERU Fot. 1. Typowe ogniwa przemysłowe używane do produkcji pakietów Strategia BTO opiera się o rozwój uzyskiwany poprzez wprowadzanie nowych rozwiązań i innowacji a także o dbałość o jakość oferowanych produktów. Dlatego też firma zainwestowała w utworzenie laboratorium w którym jesteśmy w stanie zbadać praktycznie wszystkie oferowane przez nas baterie i akumulatory. W 2005 r. BTO podjęło współpracę techniczną i handlową z Vitzrocell – koreańskim producentem baterii litowych. Od 2007 r. mamy certyfikat dostawcy NATO oraz Świadectwo Wiarygodności Krajowego Dyrektora ds. Uzbrojenia. Od wielu lat firma ma stronę internetową, na której promuje swoje produkty i usługi – www.bto.pl. Strona ta umożliwia zarówno zakupy detaliczne, jak i hurtowe. Dla upowszechnienia wiedzy specjalistycznej o technologii i produkcie stworzyliśmy także specjalistyczną stronę o bateriach litowych: www.baterielitowe.pl. Technologie litowe To właśnie technologie litowe od pewnego czasu stały się naszą specjalnością. Poza Fot. 2. Bateria litowa z wyprowadzeniem osiowym szeroką ofertą specjalistycznych baterii litowych o napięciach 3,6 V i 3 V oferujemy też ogniwa i pakiety akumulatorów w technologiach litowych, których wybrane modele prezentujemy na stronie www.bto.pl w zakładce „pakiety akumulatorów”. Pakiety stosuje się ze względu na niskie napięcie pojedynczych ogniw. W przypadku technologii NiMh, ogniwa łączy się praktycznie tylko szeregowo. Nieco inaczej sprawa wygląda dla technologii litowych. Tam po spełnieniu kilku warunków buduje się pakiety oparte o szeregowe i równoległe łączenie ogniw. Precyzyjne zgrzewanie Budowa ogniw całkowicie wyklucza wykonywanie połączeń metodą lutowania. Jedyną technologią pozwalającą bezpiecznie i pewnie wykonywać tę operację jest zgrzewanie. Ze względu na specyfikę budowy ogniw litowych, używane mikrozgrzewarki muszą zapewniać bardzo dużą dokładność dawkowania energii – większą niż dla technologii tradycyjnych. W BTO w procesie zgrzewania stosujemy obecnie najnowsze zgrzewarki Miyachi. Pozwala to na uzyskanie najwyższej jakości zgrzewanych pakietów. Proces zgrzewania jest tylko jednym z wielu etapów tworzenia pakietów akumulatorów, ale należy pamiętać, że każdy pakiet będzie na tyle dobry, na ile jest jego najsłabszy element. Jak wiadomo pakiety te są budowane z pojedynczych ogniw, dlatego od jakości pojedynczego ogniwa zależy trwałość i wydajność całego pakietu. By budować dobrej jakości pakiety akumulatorów konieczne jest selekcjonowanie ogniw używanych w dalszym procesie produkcyjnym. Nawet najlepsi producenci ogniw dopuszczają pewną tolerancję deklarowanych parametrów. Proces selekcji pomaga dobrać ogniwa do pakietu tak, by jak miały jak najbardziej zbliżone parametry. Ze względu na to, że w technologiach litowych powszechnie stosuje się równoległe łączenie ogniw dla zwiększania pojemności, proces ten musi być wykonywany ze szczególną dokładnością. Fot. 3. Pakiet BTO Li- Ion 7,4 V 6600 mAh Z tego powodu konieczny jest pomiar kilku cech każdego pojedynczego ogniwa przed montażem w pakiety: pojemności, napięcia i rezystancji wewnętrznej. Wszystkie produkowane przez BTO pakiety przechodzą ten etap produkcyjny. Warto wspomnieć, że jako jedyna firma w Polsce, BTO ma specjalistyczne oprzyrządowanie do zgrzewania wyprowadzeń osiowych do baterii litowych. LiFePo 4 Od początku bieżącego roku BTO szczególnie intensywnie pracuje nad rozwojem technologii litowej LiFePo 4 . Jest ona bardzo obiecująca i choć ma nieco mniejsze napięcie pojedynczego ogniwa (3,2 V) to jest znacznie bezpieczniejsza i trwalsza (do ok. 2000 cykli). Niestety wymaga znacznie bardziej zaawansowanych układów kontroli BMS (Battery Management System). Właśnie LiFePo 4 ma największe szanse niebawem upowszechnić się m.in. w samochodach elektrycznych. Fot. 4. Sterownik zgrzewarki Miyachi AKUMULATORY ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 12/2011 57
Page 1 and 2: cena: 16,00 zł (w tym 8% VAT) PRIC
Page 4 and 5: strona 36 Szukacz układów na magi
Page 6 and 7: PROJEKTY UsbAsp AVT 5325 Programato
Page 8 and 9: PROJEKTY AVR JTAG-ICE Interfejs deb
Page 10 and 11: PROJEKTY AVT 5323 Piecyk gitarowy Z
Page 12 and 13: Zawsze znajdziesz, przejrzysz i kup
Page 14 and 15: TEMAT NUMERU UKŁADY ŁADOWAREK WYB
Page 18 and 19: TEMAT NUMERU PODZESPOŁY Akumulator
Page 20 and 21: TEMAT NUMERU BATERIE LITOWE PODZESP
Page 22 and 23: PODZESPOŁY Interfejs Lesense Nisko
Page 24 and 25: PODZESPOŁY ChromaLit firmy Intemat
Page 26 and 27: Siła rdzenia Cortex-M4F w nowych P
Page 28 and 29: PODZESPOŁY Najnowsze układy do lo
Page 30 and 31: SPRZĘT HS805 TiePie Oscyloskop USB
Page 32 and 33: AUTOMATYKA I MECHATRONIKA Przykład

Elektronika Praktyczna 12/2011 - UlubionyKiosk

You also want an ePaper? Increase the reach of your titles

Delete template?

Save as template?