Kľúčové informácie:
- Napätie je kľúčové v dizajne vlastnej batérie, čo ovplyvňuje výstupný výkon a kompatibilitu zariadenia. Pochopte nominálne, nabité a vybité napätie a zvážte chémiu batérie, aplikačné požiadavky a prepravné predpisy.
Projektovanie a vlastný akumulátor je ako skladanie zložitého puzzle. Musíte myslieť na špecifikácie napájania, prúd, kapacitu, požiadavky na veľkosť, konfiguráciu článkov a počet článkov. Ale je tu jeden zásadný prvok, ktorý sa často prehliada: napätie. Poďme sa teda ponoriť do elektrizujúceho sveta napätia batérie a pochopme jeho dôležitosť.
Čo je napätie a prečo na ňom záleží?
Napätie je ako tlak vody vo vašej záhradnej hadici. Tlačí elektrinu cez vaše zariadenia. Čím vyššie napätie, tým viac energie môžu vaše zariadenia použiť.
Nízkonapäťové verzus vysokonapäťové produkty
Zariadenia majú rôzne požiadavky na napájanie. Nízkonapäťový produkt nepotrebuje na prevádzku veľa energie, takže batéria potrebuje vytlačiť iba malé množstvo prúdu. Naopak, produkty s vysokým výkonom potrebujú na svoj chod veľa energie, takže potrebujú batériu, ktorá dokáže vytlačiť veľké množstvo prúdu.
Dešifrovanie napätia batérie
Aby sme pochopili napätie batérie, musíme sa pozrieť na tri veci:
1. Menovité napätie
2. Napätie pri plnom nabití
3. Napätie pri úplnom vybití
Poďme dekódovať tieto pojmy.
Menovité napätie
Toto je výstupné napätie, ktoré článok vydáva pri nabíjaní. Je to ako priemerná rýchlosť auta na dlhej ceste.
Plne nabité napätie
Toto je najvyššie napätie, ktoré môže batéria dosiahnuť pri plnom nabití. Je to ako maximálna rýchlosť, ktorú môže vaše auto dosiahnuť na rovnej ceste.
Úplne vybité napätie
Toto je najnižšia úroveň napätia, ktorú môže batéria dosiahnuť predtým, ako sa zváži “prázdny”. Je to ako najpomalšia rýchlosť, ktorú môže vaše auto dosiahnuť, kým sa zastaví.
Napätie podľa chémie batérie
Rovnako ako rôzne autá majú rôzne rýchlosti, rôzne batérie majú rôzne napätie. Tu sú menovité napätia pre niektoré bežné chemické zloženie batérií:
1. NiCd: 1,2 voltu
2. NiMH: 1,4 voltu
3. Lítium-ión: 3,6 voltov
4. Kyselina olova: 2 volty
Pamätajte, toto sú len tie “priemerné rýchlosti” – skutočný výstup sa môže líšiť.
Batérie NiMH majú menovité napätie 1,2 V, ale pri plnom nabití môžu poskytnúť až 1,4 V. Batérie NiCd a NiMH majú plne nabité napätie 1,4 V. Olovené batérie majú plne nabité napätie 2,1 V, zatiaľ čo lítium-iónové batérie majú plne nabité napätie 4,2 V.
Batérie NiCd a NiMH sa môžu úplne vybiť na 1,0 V, zatiaľ čo olovené batérie sa vybijú na 1,75 V. Lítium-iónové batérie by sa nemali úplne vybiť, pretože by sa mohli poškodiť. Funkcia bezpečnostného vypnutia zaisťuje, že lítium-iónové batérie nikdy neklesnú pod 2,8 V až 3,0 V.
Určenie napätia pre aplikáciu
Určenie napätia pre aplikáciu je ako vyváženie hojdačky. Odpor aplikácie je ako závažie na jednom konci hojdačky a prúd je ako závažie na druhom konci. Rovnica je jednoduchá:
Napätie (V) = prúd (I) x odpor (R)
Použitie merača prúdu a modifikovateľného zdroja energie môže pomôcť pri určovaní aktuálneho odberu pre systém. Toto usporiadanie možno použiť na zistenie maximálneho aj minimálneho napätia potrebného pre váš systém. Je dôležité zaznamenávať aktuálne hodnoty. Vaším cieľom by malo byť nájsť hodnotu spadajúcu medzi tieto dve merania, ktorá bude predstavovať bod minimálnej spotreby energie.
Pochopenie spektra napätia týmto spôsobom je rozhodujúce pre produkty a aplikácie, ktoré môžu závisieť od kolísavých zdrojov napájania. Naopak, niektoré produkty a aplikácie budú vykazovať stálu spotrebu energie.
Rozsahy napätia
Každý výrobok má špecifický rozsah napätia, ktorý dokáže zvládnuť predtým, než začne zlyhávať. Je to ako prijateľný rozsah rýchlosti auta. Ak idete príliš pomaly, motor sa môže zastaviť. Ak pôjdete príliš rýchlo, môže sa prehriať.
Kapacita a napätie bunky
Ďalším dôležitým faktorom je kapacita buniek. Toto určuje, ako dlho môže váš produkt bežať pred dobitím batérie. Berte to ako veľkosť palivovej nádrže vášho auta. Väčšia kapacita článkov znamená, že váš produkt môže bežať dlhší čas na jedno nabitie. Menšia kapacita článkov znamená, že budete musieť svoj produkt dobíjať častejšie.
Obmedzenia prepravy založené na napätí
Preprava vysokonapäťových zariadení, najmä tých s lítiovými batériami, si vyžaduje osobitnú starostlivosť kvôli ich potenciálnej nestabilite. Je to ako preprava prchavých chemikálií – musíte dodržiavať prísne bezpečnostné predpisy ako napr A 38.3.
Podľa pokynov stanovených IATAlítiové batérie možno prepravovať buď samostatne, alebo v rámci zariadenia. Ak sa prepravujú nezávisle, ich stav nabitia (SoC) nesmie prekročiť 30 %.
Okrem toho množstvo článkov alebo batérií, ktoré je možné prepravovať súčasne, je určené množstvom kovového lítia obsiahnutého v batérii a tým, či sa prepravujú v rámci zariadenia, nezávisle alebo spolu so zariadením. Niektoré balenia môžu vyžadovať špecifické označenia, ktoré označujú prítomnosť lítiovej batérie vo vnútri nádoby.
Napätie akumulátora pre dizajn produktov
Ak chcete prispôsobiť batériu pre svoj produkt, musíte zvážiť množstvo faktorov vrátane napätia, chemického zloženia, usporiadania článkov a veľkosti batérie. Cieľom je vytvoriť batériu, ktorá poskytuje správne množstvo energie a zároveň zapadá do konštrukčných obmedzení produktu.
Napríklad 10-súprava batériových článkov NiMH môže poskytnúť 14 voltov energie pri zachovaní nízkych nákladov. Keď sa však pridá viac buniek, balenie sa stane objemnejším a ťažším. Ľahším riešením by mohlo byť použitie batérií na báze lítia s menším počtom článkov. Mimochodom, tieto batérie musia prejsť dodatočnými prepravnými certifikačnými procesmi a obmedzeniami, čo môže zvýšiť náklady.
Záver
Partnerstvo s a kvalifikovaným výrobcom vlastnej batérie na začiatku procesu návrhu môže byť obrovskou pomocou pri zisťovaní požadovaného napätia. V spoločnosti Holo Battery vám môžeme pomôcť určiť dizajn krytu batérie, aby ste zaistili dostatok miesta pre batériu. Pomocou týchto návrhov môžete otestovať funkčnosť vášho produktu a vykonať potrebné úpravy.
Súvisiace články:
