Сегодня портативная электроника есть повсюду, и для питания этих устройств используются батарейки. Батарейки – это пример того, как электрическая энергия генерируется с помощью химической реакции.
Батарейки могут составлять батарейные блоки из двух или более элементов. Батарейный элемент – это устройство, вырабатывающее электричество при фиксированном напряжении с ограниченной допустимой силой тока. Согласно этому определению небольшие батареи, продаваемые потребителям, являются не батареями, а элементами или просто батарейками. Различные типы элементов имеют разные напряжения и токи и поддерживают разные нагрузки.
Различные емкости показывают, как долго батарея прослужит при данной нагрузке, и указываются в ампер-часах (Ач). Например, если батарейка типа AA использовалась с нагрузкой 10 мА, то она прослужит 240 часов (2400 мАч ÷ 10 мА = 240 часов). Типичная нагрузка обеспечивает максимальный срок службы элемента. Более высокие нагрузки сокращают срок службы элементов ниже указанной емкости.
Предположим, у нас есть следующая задача. Портативный источник напряжения должен быть сконфигурирован для для работы в системе, которая требует 6,0 В при нагрузке 600 мА. Система также должна автономно работать более 100 часов. Для увеличения напряжения до 6 В несколько элементов можно соединить последовательно.
Но для начала выберите конфигурацию элементов, которая обеспечивает правильное напряжение. Используемые элементы обеспечивают напряжение 1,5 В каждый. Для увеличения напряжения несколько ячеек подключают последовательно, как на приведенном выше рисунке. Для обеспечения необходимого напряжения необходимо определить количество требуемых последовательных элементов.
Чтобы создать необходимый источник напряжения, в общей сложности четыре элемента по 1,5 В соединяются последовательно, образуя батарею 6 В. При последовательном подключении источников напряжения допустимая токовая нагрузка ограничивается величиной, обеспечиваемой отдельным элементом. Например, если используются четыре элемента AA, батарея на 6 В имеет емкость 2400 мАч, поддерживая типичную нагрузку до 50 мА. Требуемая емкость аккумулятора устанавливается токовой нагрузкой и временем. Это определяется путем умножения токовой нагрузки на часы с целью получения ампер-часов.
Необходимая емкость (в мАч) = токовая нагрузка (в мА) × время (в часах)
Необходимая емкость (в мАч) = 600 мА × 100 ч = 60000 мАч
Поскольку одиночный элемент не может обеспечить эту токовую емкость, емкость необходимо увеличить. Для увеличения емкости батареи добавляются параллельные батареи. Каждая параллельная батарея должна соответствовать исходному напряжению батареи. В данной системе каждая параллельная батарея должна выдавать напряжение 6 В. Чтобы найти необходимое количество параллельных батарей (для батареи размера D), требуемая емкость делится на емкость батареи следующим образом:
N = количество параллельных батарей, CТ = общая требуемая емкость (в мАч), C B = емкость аккумулятора (в мАч).
Для данного примера: N = 60 000 мАч ÷ 13 000 мАч = 4,62, то есть N = 5 параллельных батарей.
Наконец, необходимо проверить максимальный срок службы батареи, убедившись, что не превышена типичная нагрузка. Для батареи типа D типичная нагрузка составляет 200 мА. Каждая параллельная батарея поддерживает типичную нагрузку. Чтобы найти поддерживаемую типичную нагрузку, умножьте количество параллельных батарей на типичную нагрузку элементов.
ТПН = ТНЭ × N
ТПН = типичная поддерживаемая нагрузки (в мА), ТНЭ = типичная нагрузка элемента (в мА), N = количество параллельных батарей.
Для данного примера: ТПН = 200 мА × 5 = 1000 мА
Итого, получаем батарею на 6 В, емкость 65000 мАч и номинальная нагрузка 1000 мА.
Конфигурация батареи в этом приложении поддерживает типичную нагрузку 1000 мА, что превышает требование 600 мА. Как показано на рисунке выше, окончательная конфигурация батареи, необходимая для этого приложения, состоит в общей сложности из 20 элементов типа D (пять параллельных батарей с каждой ветвью, содержащей четыре элемента, соединенные последовательно).
© digitrode.ru