Как сделать 12 вольт?

Напряжение 12 вольт

Сегодня мы с вами попробуем разобраться, что из себя представляет напряжение 12 вольт. Кто это за монстр такой? Насколько сильно кусается? И вообще, на что он способен? Поверьте, то, что он слабее чем обычный монстр с напряжением в 220 вольт — это сказки. Интересно, тогда поехали.

Начнём с истории возникновения. А история проста, вся суть в безопасности. Ведь все, что изобретается, делается по двум причинам. Первая — лень, она, как известно, двигатель прогресса. Вторая — желание себя обезопасить, ведь мы с вами частенько чего-нибудь боимся. Тут и возникает потребность в инновациях. Ведь нас постоянно пугают тем, что нельзя совать пальцы в розетку — убьёт. Хотя, если мы с вами засунем пальцы в розетку, вряд ли с нами случится что-то более страшное, чем легкий шок. Но ведь у многих из нас с вами дома есть дети и домашние животные. Дети — люди любознательные. Им все всегда интересно, и ребёнок не ребёнок, если прополз мимо розетки. Он обязательно должен засунуть туда пальцы. А вот если его ударит током, то ничего хорошего точно не будет. Понятно, что все зависит от конкретного случая, но лучше не экспериментировать. А если животное залезет в розетку? И хорошо, если ваш кот спалит себе только усы и пару минут посидит в шоке под кроватью. Но все может быть страшнее.

Так, хватит жути нагонять. 12 вольт — это безопасное напряжение, которое способно решить сразу массу проблем. Но к сожалению это напряжение не распространено именно в розетках, так как под него просто не делают электроприборов.

Давайте обратимся к истокам. Существует масса опасных для электричества помещений или имеющих повышенный уровень опасности. К таким помещениям в вашей квартире можно отнести — кухню, ванную комнату и другие подобные пространства. Представьте какое короткое замыкание способен устроить электрический монстр на 220 вольт? Последствия могут выходить далеко за грань нашего представления. И поверьте, они могут не ограничиться сработавшими системами безопасности. 12 же вольт, точно не устроят катастрофу планетарного или даже квартирного масштаба. В худшем случае сработают системы безопасности или перегорит трансформатор.

Теперь про то, откуда появилось напряжение на 12 вольт. Такое напряжение в большинстве случаев используется для освещения и оттуда оно и берет начало. Несколько десятков лет назад были изобретены галогенные лампы для бытового применения. Что такое галогенная лампа? Эта та же самая лампа накаливания, но имеет больший срок службы и гораздо меньший размер. Благодаря чему это возможно? Благодаря тому, что колба такой лампы заполнена газом, содержащим галоген, например йод. Нить накаливания в такой среде изнашивается гораздо медленнее. Вот и получается, что такая лампа работает в два раза дольше, при размере в одну четвертую обычной. Но причём тут напряжение 12 вольт? А при том. Кто-то провёл опыты и понял, что при таком напряжении нить накала подвержена гораздо меньшему разрушительному воздействию электрического тока. А это значит, что её можно нагреть до большей температуры и, следовательно, получить больше света. Добавьте к этому практически абсолютную безопасность для влажных помещений. Получается очень крутой способ проводки и освещения.

Но не стоит торопиться, как и с любым бесплатным сыром, здесь тоже есть мышеловки. Заключаются они в трансформаторе. А так как во всей остальной квартире напряжение 220 вольт, он нам обязательно понадобиться, без него никак не обойтись. А лишний элемент в сети электропитания, как известно, снижает её надежность. Но единственное, чем может быть опасен трансформатор, так это тем, что он попросту перегорит. Давайте теперь перейдём к описанию самой сети, к тому как она строиться и что для этого нужно.

Сама по себе сеть с напряжением 12 вольт начинается именно с трансформатора. Именно он преобразует обычные 220 вольт в 12. Но трансформатор нужно подбирать с умом. Не будем вдаваться в частности устройства самого трансформатора. Скажу одно, трансформатор должен быть подходящей мощности. Это значит, что для начала стоит понять сколько будет ламп, какова их суммарная мощность. К полученному значению стоит прибавить процентов 40 запаса, и вы получите нужную мощность трансформатора. В противном случае трансформатор может очень быстро выйти из строя, а это не есть хорошо.

После того, как вы выбрали трансформатор, стоит задуматься о светильниках и лампах. В светильниках нет ничего необычного, многие светильники универсальны, но перед покупкой на всякий случай стоит уточнить. А вот с лампами дела обстоят несколько сложнее. Они разделяются на лампы, которые работают от 220 вольт, и те, что работают от 12. И если 220-ваттные лампы от 12 вольт просто не заработают, то в обратной последовательности начнутся вспышки. Из-за перенапряжения лампа может взорваться. Поэтому просто проверяйте маркировку, и все, как говориться, будет пучком. Лампы, рассчитанные на 12 вольт, как правило стоят дороже. Просто потому, что безопаснее, никакой другой конструктивной и кардинальной разницы в конструкции нет.

Если говорит про связующее звено ламп и трансформатора — провод, то он может быть любым. Но огромным плюсом является то, что можно использовать провода маленького сечения. Так как при таком напряжении сети перегревы практически невозможны. Есть специальные провода, они продаются в магазинах, но подойдет любой провод маленького сечения. Теперь вы знаете все.

Вывод: Низковольтное освещение это огромный плюс для бытового использования, да и для некоторых промышленных объектах. Сами понимаете, безопасность превыше всего. Так же огромным и несомненным плюсом является то, что вы можете сами сделать такую проводку у себя в ванной или на кухне. Согласитесь в статье не описано не одного сложного процесса. С многими из этих процессов справиться даже ребенок, но им этого лучше не поручать.

До новых встреч.

Toyota Vista 4WD+3S-GTE+TT U140F ›
Бортжурнал ›
Заводим авто от батареек для карманного фонарика!

Сразу оговорюсь — немного пока (!) слукавил насчет обычных батареек, но об этом чуть позже.

Итак. Иду на работу, мужики возятся около машины, пытаются завести, слышу разговор:
— …Да аккумулятор дохлый, емкости совсем нет! Вот и не заводится!

Думаю про себя: а действительно? Какая емкость аккумулятора нужна, чтобы завести автомобиль?
В голове срабатывает калькулятор.
Получается цифра около 0,15 А\часа
Не верю! Пересчитываю еще раз, уже с серьезными запасами по всем возможным параметрам: больше 0,2 А\ч не получается…хм…
Так эт что?! Можно от любой батарейки на 12 вольт завести?
(для справки: ёмкость батарейки Duracell и аналогичных типоразмером АА — 2.0…2.6 А\ч)
Да! Так и есть! Только эта батарейка должна выдать около 120 ампер в течении секунд 5 (примерно, с запасом на всяк случай).
Ок!

Давно хотел приобрести зарядку микропроцессорную для всех типов аккумуляторов: свинцовых, литиевых, а тут загорелся экспериментом не на шутку. Прикупил SKYRC Ultimate 400W, хотел без встроенного блока питания. Мощную, чтобы заряжать аккумуляторы по ускоренному циклу можно было. Маленькая, легкая, 400 грамм.
И давай интернет шебуршить по поводу аккумуляторов: какие, что могут, почем, где достать и т.д.
Старые химические системы даже не рассматривал, NiCd, Pb, NiMh — в помойку, 21 век на дворе!
Литий-ионные и Литий-полимерные не подошли по выдаваемому напряжению, высоковато.
А вот литий-железо-фосфатные (LiFePO4) — самое оно, да еще и ресурс в несколько раз выше всех перечисленных, токи держит нехилые на разряд и заряд, легкие по весу.
Цена в России не обрадовала, минимум в 2 раза выше чем за бугром, ну да ладно: для эксперимента сильно навороченные брать не буду. Выбор был определен максимальным допустимым током с аккумулятора, обозначаемым в условных единицах, число умноженное на емкость (так принято у производителей).
Максимум, что нашел в наличии в Москве — 3 А\ч, Hyperion G3 Swift 3000mA\h 27C\5C, что означает: разрядный ток 81 ампер (продолжительный), зарядный — 15 ампер, с батареек размером 15*4*4 сантиметра (свободно умещающихся в руке) и массой в 400 грамм. (Выходя сунул в карман куртки и не почуял, это не 20 кг свинцового аккума!)
Пару раз протренировал — и к машине.

Первый старт: одним глазом на аккумулятор, не задымит ли чего 🙂
Спокойно завелась, все работает…так…щупаю провода, аккумулятор. Провода чуть теплые, аккумы — не нагрелись вообще. Лааадно, ща я вам дам прос…ться!
Но я устал первый: проведено 15 циклов старта автомобиля: поворот ключа в «ON», ожидание 10 секунд, старт, ожидание 5 секунд, глушу, жду 5 секунд, ключ на «ON», 10 секунд, старт…
Результат прежний — теплые провода от аккумуляторов (они тонкие для таких токов, 18 AWG). И стабильный завод автомобиля!
Ну, думаю, хорошо просадил аккумы, надо разрядить до конца и на зарядку поставить, пошел домой, эксперимент прошел более чем удачно!
Ага! Самое интересное впереди оказалось!
Подключил эти батарейки к разрядному устройству, остаток емкости — 2600 мА\ч!
А на зарядку взяли, перед экспериментом, 2800 мА\ч!

То есть прикидочные расчеты оказались верны!

Но, конечно, есть нехорошие моменты:
1. Нужно специальное зарядное устройство. Да, в случае большой необходимости можно и напрямую подключить к клеммам, завестись и доехать, ничего с ними не случиться. И как аварийный стартерный аккумулятор-супер! А вот постоянно на них ездить — нужно доработать систему зарядки. Пока прикидываю как правильнее все организовать.
2. Забытые фары ближнего света разрядят трехамперчасовой аккумулятор за 15 минут, емкость мала для забывчивых! Да, конечно, можно возить с собой зарядку для них и в случае чего зарядить за 5…15 минут от аккумулятора соседа или розетки дома\на работе. Но это кому как 🙂

А вот на трекдэй скинуть из машины 20 кг, для гонок по трассе — просто подарок!

Вывод: очевидно, что мужики около авто перепутали оранжевое с соленым. Емкость для того, чтобы завести автомобиль не нужна. Нужно низкое внутреннее сопротивление источника тока и обычное напряжение. Другими словами — просто качественный аккумулятор небольшой емкости. И не вестись на рекламу и болтовню. Обычный утренний зимний запуск двигателя «съест» 0.1…0.2 амперчаса емкости вашего аккумулятора. Послушать радио\музыку, забыть на пяток минут выключить ближний свет при заглушенном двигателе — даже 30 амперчасового аккума — хватит! (меньше емкости обычных автомобильных аккумуляторов — просто в продаже не видел :))) )
Еще немного расчетов. Свинцовые аккумуляторы допустимо заряжать током не более 0,1 от емкости. И в авто это предусмотрено. Установив 50…75 амперчасовой аккумулятор — вы не получите полной зарядки (не успеет за время поездки), особенно если ездите от работы до дома (полный цикл заряда свинцового аккумулятора составляет 12…14 часов). В итоге получиться, что использование емкости будет в пределах 20…30 амперчасов, но вы переплатите за то, чего использовать никогда не будете. Более того. Система зарядки видит, что аккумулятор не заряжен и всегда его пытается зарядить — это дополнительный ток от генератора, что в свою очередь дополнительно нагружает двигатель, который, в свою очередь, потребляет больше топлива! Потом. Разница в массе между 30 и 60 амперчасовым аккумулятором — около 10 кг. Соответственно динамика движения снижается, растет расход топлива. (это адресовано не тем людям, которые полгаража в багажнике возят 🙂 ) Переплатили за емкость, потом за топливо…мы вообще разумные люди?!

Добавлю про плюсы LiFePO4 аккумуляторов:
1. Очень низкий саморазряд. То есть можно держать заряженными несколько месяцев, потом спокойно завести авто. У других типов аккумуляторов это действительно проблема. Берешь через пару недель аккум — а он разряжен.
2. Количество циклов заряда-разряда — 2000 (при 100%ном использовании емкости, если берете до 70% — это уже около 5000 циклов). Это при условии бережной зарядки, около 2 часов, если полностью разрядить и зарядить. Для сравнения LiPo — около 500, хотя мой опыт эксплуатации показал только 200-300.
3. Отсутствует эффект памяти. Можно подзаряжать в любой удобный момент, не разряжать\не заряжать до конца. Даже у литий-полимерных он присутствует, хотя и в меньшей степени, чем у свинцовых, кадмиевых.
4. Разрядная характеристика близка к идеальной — сначала чуть просаживается, потом почти линейна, потом резко обрывается, обеспечивая потребителя почти стабильным питанием, отдавая всю емкость.

Цена вопроса:
1. Зарядное устройство универсальное, SkyRC Ultimate Balance Charger 20A 12V 400W — 4390рублей
Да, это топовая зарядка без блока питания. Есть сильно дешевле 🙂
2. Hyperion G3 Swift 2S LiFePO4 6.6V 3000mAh 27C, 2 штуки — 4380 рублей
(на зарубежном сайте стоимость — 82$ за 12вольтовый набор, это 2400 рублей, …блин…)
UPD от 7.04.2013: просто поторопился. Есть в Москве, в наличии, аккумуляторы от 1720 рублей за 2300 мАч до 8360 рублей за 20 Ач. С нужными пусковыми токами, конечно.
3. Разъемчики для экспериментов — 130 рублей (не понадобились, но пошли на другой аккум.)
4. Доставка курьером, входит в сумму покупки- 300 рублей.
Если кто не понял или хочет найти аналоги сам, скажу, что это все от радиоуправляемых игрушек: и зарядки и аккумы.

UPDATE от 3.04.2013:

Ничего не надо дополнительно для установки в автомобиль LiFePO4 аккумуляторов. Можно просто заменить свинцовый и ездить спокойно. Но если хотите чтобы они прослужили дольше (то есть вообще про них забыть, ибо у них в таком режиме более 2000 циклов заряда-разряда), то нужно параллельно аккумулятору подсоединить плату BMS (цена в Москве 2200 рублей), которая будет ограничивать заряд-разряд определенными значениями напряжений, выравнивать напряжения в каждой банке и прочая. Также посоветовали уменьшить напряжение с генератора до 14.3…13.8 вольта (родное должно быть около 14,7 вольта, стандарт для свинцовых аккумов). Посмотрел еще внимательнее разрядные характеристики свинцовых аккумуляторов: да, реально более 10 А\ч мы с них не берем.

UPDATE от 7.04.2013:

Первые серьезные полевые испытания. Подключил в разрыв цепи измерительный прибор, ваттметр\анализатор мощности. То есть замерялось всё, что идет от аккумулятора к потребителям электричества. Не замерялось то, что идет обратно в аккумулятор, то есть зарядка. Авто эксплуатировалось в штатном режиме, как будто ничего не изменилось. Катался по городу, произведено с десяток циклов зажигания, короткие, длинные поездки. Итак, цифры:
Зажигание включено, отключен обдув — 5 ампер
Зажигание включено, обдув включен в среднем режиме — 11 ампер.
Максимальный пусковой ток от аккумулятора: 146,35 ампер.
Минимальное напряжение при этом 7,2 вольта (первый запуск после недельного простоя машины), последующие старты менее 8.96 вольта не было.
Лучший пуск — съедено 1170 ватт, худший — 1865 ватт.
А это, соответственно 0,8 Ватт-часа и 0,5 ватт-часа в пересчете со временем.
Итого первый старт после недельного простоя — 0,091 Ампер-час, последующие старты около 0,057 Ампер-часа.
В процессе езды было замечено «подъедание» аккумулятора:
1. при резком торможении — цифры произвольные, не более 5 Ампер,
2. при включении вентиляторов охлаждения (их 3 штуки установлено) — 11…15 ампер (2…3 секунды) и падало до 2 ампер (тоже пару тройку секунд), потом до нуля, но вентиляторы работали.
3. При включении поворотников, стеклоочистителей. Цифры прыгали, не более пары ампер в пике.
Цифры «2» и «3» актуальны только для холостого хода. В процессе езды были короткие пики в полтора ампера длительностью полсекунды. Что это — я не понял:)
Итого за весь день «съедено» 1,416 Ампер-часа без учета подзарядки. Остаточное напряжение — 13,30 Вольта. Вечером снял аккумулятор и поставил на зарядку: вошло только 99 миллиампер-часов до напряжения 14.3 вольта. То есть аккумулятор совершенно нормально успевал заряжаться в процессе перемещения от бортовой сети, в которой напряжения максимум при холодном движке — 14.3 вольта, и около 13.4 вольт при прогретом. Разбалансировка между ячейками составила 0,01 вольта (это отлично, допустимо 0,05…0,1 вольта)
Теперь будет тест на устойчивость к длительным слабым нагрузкам: оставлю на сигнализации (хз сколько жрет) с тестером (он потребляет 4 миллиампер-часа). Да и вообще…чо тестировать?! Ездить буду, и совершенно спокойно!

UPDATE от 12.04.2013:
Бочка дегтя, ё! Угадайте, что в незаведенном автомобиле жрет от аккумулятора больше всего? Не угадали! Сигнализация, блин! При токе примерно 50 мА…да-да-да…высадила мой красивенький аккум за двое с половиной суток стоянки…зараза))) О чем радостно сообщила на брелок. А не менее красивенький измеритель мощности, рассчитанный на долговременный ток в 130 ампер не показал такой маленький ток. Не, я конечно знал, что сигналка-то работает и чего-то там потребляет…но, естественно, не придал этому значения, подумаешь, тут авто стартует десятки раз подряд, а тут какая-то сигналка!
Да, еще. Тут коллега по работе озадачил предпусковым подогревом. У меня то его нет, а он работает 30…45 минут, вроде как.
UPD: согласно сайта вебасто у всех систем подогрева, за исключением одной топовой, потребление 32 ватта максимум. То есть примерно 3 ампера. Максимальная продолжительность прогрева — 1 час. Итого требуемая емкость=3 ампер*часа за один часовой прогрев. Если прогревов несколько за ночь, то умножаем на их количество и получаем требуемую емкость аккума. Или тупо, после прогрева, стартуем двигатель на минут 20. За это время аккум полностью зарядится.
Учитывайте это при замене аккумулятора. Естественно замерив реальный ток и взяв калькулятор.
Win+R calc ENTER нам всем в помощь 🙂


(…грёбаные вертолётики… с них все началось…)

Продолжение и .

Как собрать аккумуляторную батарею для «чайников»

Разместил 04.06.2014 nik34

nik34 прислал:

Название статьи говорит само за себя. Как выбрать тип аккумулятора, как соединить, да и что потом с этой батареей делать. Впрочем, статья не только для «чайников», некоторые ссылки и цифры, в ней приведенные, будут полезны и более «продвинутым» технарям.

Поделиться этой страницей в:

Зачем собирать самому? Да затем, что аккумуляторные батареи — это та область, где готовый продукт — всегда лажа. Они всегда неоправдано дорогие. Всегда не достать нужного размера, который, разумеется, уникален для каждого устройства. Всегда нет нужной емкости, а есть только те, которые расчитаны на беготню от розетки к розетке в пределах города.
Особенно громко ругать производителей начинаешь тогда, когда попадаешь в форс-мажорную ситуацию. Остаешься без связи, потому что на морозе сдох коммуникатор. Не можешь снять удачный момент, потому что кончился родной аккумулятор на камере, а запасной от фирмы стоит $50. Или сидишь и скучаешь, потому что ноутбука хватило на час.
А вот сами вы можете собрать батарею, которая будет ограничена только двумя параметрами: ценой за ватт-час и энергоплотностью. Все остальные характеристики вы будете выбирать сами.
Статья написана для дилетантов и от дилетанта.
Только одно «но». Эта статья НЕ про батареи мощнее нескольких киловатт-часов.
Просто потому, что у меня не было никакого опыта использования таких батарей. Я не собирал электромобили и не делал системы автономного электроснабжения для дома. Принципы создания таких батарей совпадают с обычными, так что вам не помешает прочитать и эту статью, но оборудование используется совершенно разное. Так что за информацией обязательно идите на или .
Теория на пальцах
Элемент, ячейка, «банка», «батарейка» — то, что накапливает и отдает энергию. От аккумуляторных элементов зависят все характеристики батареи.
Батарея — это уже набор из многих элементов. Несколько ячеек соединяют в батарею, когда характеристик одной ячейки мало. Если соединить последовательно — растет напряжение. Если параллельно — увеличивается емкость батареи. Может включать в себя не только банки, но и всякую там управляющую электронику.
Напряжение — это то, с какой силой батарея может ударить током в потребителя. Является лишь характеристикой аккумулятора, от потребителя не зависит.7 Измеряется в вольтах (V).
Сила тока — чем она больше, тем больше жрет потребитель электричества. Измеряется в амперах (A).
Емкость — характеристика аккумулятора, измеряется в ампер-часах (Ah). К примеру, емкость в 2Ah означает, что аккумулятор может отдавать ток в 1A два часа и в 2A — один час.
Емкость аккумулятора также зависит от разрядного тока. Обычно чем он больше, тем емкость меньше. Производители аккумуляторов обычно указывают емкость, полученную при разряде каким-нибудь мизерным током в 100mA.
Справа показаны характеристики Li-ion-аккумулятора, который разряжают при разной силе тока. Чем ток выше, тем кривая разряда ниже.

C — буква латинского алфавита, которой измеряют отношение силы тока к емкости аккумулятора, то есть во сколько раз ток превышает емкость. Если аккумулятор имеет емкость 2Ah и разряжается при токе в 4A, то можно сказать, что он разряжается при токе в 2C. Все дело в том, что чем больше емкость аккумулятора, тем проще ему отдавать ток, и поэтому такой характеристикой пользоваться удобнее, чем просто амперами.
Энергия — та характеристика, которая позволяет сравнивать аккумуляторы с разным напряжением. Измеряется в ватт-часах и грубо вычисляется путем умножения напряжения на аккумуляторе на его емкость. Численно равна площади фигуры под кривой разряда.
Попугаи емкости и ватт-часы энергии
Предположим, у нас есть две батарейки одинаковой емкости — 2200mAh. Но одна из них — литий-ионная, а другая — никель-металлгидридная.
Вопрос: означает ли это, что в обоих аккумуляторах одинаковое количество энергии? Будет ли одно и то же устройство работать от обоих банок одинаковое время?

На самом деле, глядя лишь на характеристику емкости, нельзя сравнивать энергию, которую может накопить и отдать аккумулятор. Для этого нужно знать номинальное напряжение на нем.
Грубо прикинуть количество энергии в ватт-часах можно, умножив номинальное напряжение аккумулятора на его емкость. И у нас получится:
Для NiMH: 1.2 вольт * 2.2 ампер-часа = 2.64 ватт-часа
Для Li-ion: 3.7 вольт * 2.2 ампер-часа = 8.14 ватт-часа
…что энергия Li-ion-аккумулятора той же емкости — в 3 раза больше, чем NiMH.
Но это всего лишь грубая «прикидка». Так, напряжение в 1.2 вольта на NiMH-элементе — это максимальное напряжение, соответствующее полному заряду аккумулятора. При разряде оно будет только падать, и реальная энергия будет немного меньше 2.64 ватт-часов. Тем не менее, именно такой способ расчета энергии аккумулятора мы будем использовать для сравнения их характеристик.

Типы аккумуляторов

NiMH — никель-металл-гидридные

Аккумуляторы этого типа морально устарели и добавлены для сравнения. Но иногда есть смысл подумать об их покупке — например, когда нужно сделать замену для сдохшей NiCd- или NiMH-батареи. Именно такие ставят в дешевые радиоуправляемые модели.
— Капризны в зарядке, требуют для быстрого заряда сложных устройств.
— Теряют заряд со временем. LSD-аккумуляторы (Long Self Discharge) этого недостатка лишены.
— Обладают «эффектом памяти», то есть временно теряют часть емкости при частичных разрядах. Любят только полные разряды. LSD-аккумуляторы также лишены этого недостатка.
— Имеют низкую энергоплотность.
+ Недо- и перезаряд им вреден, но не опасен, так что из этих банок можно составлять батарею просто так, без защитной электроники.
Наиболее популярный типоразмер для этих «банок» — обычный AA, то есть с пальчиковую батарейку.
Li-ion — литий-ионные
+ Обладают самой высокой энергоплотностью.
— Быстро разряжаются при использовании на морозе.
Вы, может быть, испытывали это вредное свойство, если пользовались мобильным телефоном зимой на улице. Батарея волшебным образом разряжается, и вы остаетесь без связи.
— Портятся при разряде ниже 2.5V.
— Взрывоопасны при перезаряде выше 4.2V.
Именно поэтому многие Li-ion-банки имеют под корпусом специальную плату, которая отключает ток при напряжении ниже 2.5V или выше 4.2V. Такие батарейки имеют слово «protected» («защищенные») в названии. Незащищенные же банки (unprotected) без специальной платы использовать в батарее нельзя. Подробнее о защите Li-ion-батарей и о их балансировке смотрите ниже.
— Теряют емкость со временем, даже от простого лежания на полке.
— Особенно быстро теряют емкость при высокой температуре.
Именно поэтому так быстро приходят в негодность батареи ноутбуков. Располагаются они близко к центральному процессору и видеокарте, которые сильно греются, да еще и с постоянным 100%-ным зарядом — все условия для того, чтобы быстро умереть. Вот такие данные приводит :
Популярный типоразмер для литий-ионных «банок» — 18650 (18мм в ширину и 65 в длину). Именно такие используются в батареях ноутбуков. Возможно, вы их никогда не видели за пластмассовым корпусом батареи, но иногда их можно там нащупать. Такие же используются в .
Li-polymer — литий-полимерные
+ Полностью совместимы с Li-ion.
+ В отличие от Li-ion, могут отдавать сильные токи — 10—40С.
+ Могут быть какой угодно толщины и формы. Подходят для питания совсем миниатюрных устройств, вроде шпионских штучек.
+ Продаются, как правило, в уже собранной батарее, с защитными платами и шлейфами для балансировки — удобно!
— .
— Еще хуже работают на морозе. Посмотрите, например, на такой график разряда:
LiFePO4 — литий-железо-фосфатные
Дальнейшая эволюция литиевых батарей. Аккумуляторы будущего. В отличие от Li-ion, они:
+ не боятся мороза;
+ не пожароопасны;
+ отдают токи до 50C;
+ могут быть заряжены сильным током за 15 минут;
+ имеют огромное число циклов заряд-разряд (2000-8000 до потери 20% емкости2);
+ практически не подвержены потере емкости при хранении3.

Недостатки по сравнению Li-ion:
— стоят дороже и имеют меньшую емкость;
— имеют меньшую энергоемкость;
— не совместимы с привычными Li-ion-элементами из-за другого диапазона напряжений — 2—3.65V.
— И так же, как Li-ion, требуют соблюдения своего диапазона напряжений — 2—3.65V.
Наиболее уважаемая компания на рынке LiFePO4 батареек — . Она же и разработала эту технологию.
Популярный типоразмер для «банок» — 26650 (26мм в ширину и 65 в длину) — был введен с подачи той же A123 Systems.
LiFeYPO4 — литий-железо-иттрий-фосфатные
Разновидность литиевых аккумуляторов, о которой мне ничего не известно, кроме того, что добавление иттрия увеличивает число циклов заряд-разряд. Ну, поживем — увидим.
Lead-Acid — свинцово-кислотные
— Обладают самой низкой энергоплотностью.
— Медленно заряжаются — до нескольких часов!
— На высоких токах (по их меркам — это то, что выше 0.1C) могут не отдать и половины емкости батареи.
— Очень чувствительны к температурам.
— Имеют малое число циклов заряд-разряд — от 200 при жестком обращении до 800 при щадящем.
— В случае обслуживаемого аккумулятора — требует ухода.
+ Чертовски дешевы!
Хотелось бы упомянуть здесь старые-добрые свинцово-кислотные аккумуляторы. Потому что у каждого читателя наверняка возникнет вопрос — а на кой черт все это надо, когда в любом магазине автозапчастей можно купить ящик на 12 вольт? Почему мы не будем их здесь рассматривать?
Во-первых потому, что свинцово-кислотные аккумуляторы продаются уже собранными в батарею на 6—12V, что никак не сходится с названием этой статьи.
Во-вторых, свинцово-кислотные батареи — настолько обширная тема, что достойна еще парочки статей.
В-третьих, я считаю их слишком тяжелыми для разных интересных вещей.
Все это не отменяет того, что свинцово-кислотные аккумуляторы — отличная штука, когда нужна дешевая энергия. Смотрите, например, .
Сравнение
В интернете много таблиц, сравнивающих характеристики разных типов аккумуляторов. И у всех таких таблиц один и тот же недостаток — там сравниваются сферические кони в вакууме. Поэтому я составил свою, с конкретными примерами:тип пример ватт-часов на: $ за ватт-час емкости центов за ватт-час энергии
Я, например, сделал такие выводы:
За LiFePO4 будущее. В долгосрочной перспективе они выигрывают даже у свинцово-кислотных аккумуляторов по цене. Ну а с плюсами железо-фосфата и минусами свинца — тем более. Это единственное, из чего можно собирать электротранспорт. И единственное, что можно выволочь на мороз.
Самая высокая энергоплотность — у . Если их придется тащить на себе, то это самый разумный выбор.
Иногда имеет смысл взять готовую литий-полимерную батарею и не париться.
Соединение элементов в батарею
Последовательное соединение
Это когда положительный (+) полюс каждого элемента соединяется с отрицательным (?) полюсом следующего:
Напряжения элементов в этом случае складываются, а емкость остается той же.
Последовательно соединенные элементы нуждаются в балансировке.
Дело в том, что даже банки из одной партии имеют немного разные характеристики. И заряжаются они с разной скоростью.

Возьмем батарею из трех последовательно соединенных элементов. Напряжение на полностью заряженном элементе — 4.2V. Значит, полностью заряженная батарея должна иметь напряжение в 12.6 вольт. Какой-то из элементов — например, посередине — может зарядиться быстрее, и к напряжению в 12.2V у нас будет такая картина:
Если продолжить зарядку, то к напряжению в 12.6V аккумулятор посередине перезарядится:
В итоге — возгорание элемента и мучительная смерть от удушья. Дабы такого не происходило — применяют балансиры, которые берут часть тока на себя, если напряжение на отдельном элементе подходит к критическому:
И в итоге все элементы будут заряжены полностью:
Хорошее решение для балансировки батарей — это зарядники, которые используют любители радиоуправляемых моделей, или Hobby Charger’ы. Самые популярные из них — и . Такие зарядят вам какой угодно тип батареи, расскажут о ее реальной емкости, ну и вообще модная тема.
Схема распайки шлейфа на балансировщик в случае 4-х последовательно соединенных элементов выглядит так:
Такие шлейфы называются JST-XH и различаются по количеству последовательно соединенных элементов. Например, JST-XH 4S — это для четырех, как на картинке. Набрать таких е.
Параллельное соединение
Это когда положительные (+) полюсы соединяются с положительными, а отрицательные (?) — с отрицательными:
Когда элементы соединяются параллельно, то их напряжение остается прежним, а емкости — складываются. Получается одна большая батарейка.
Балансировка в случае чистого параллельного соединения не требуется. Однако если в батарее есть и последовательные соединения — как в этой схеме 4S2P — то было бы неплохо припаять балансировочный шлейф:
О пайке литиевых элементов
Паять литиевые аккумуляторы нельзя. От нагрева паяльником они испортятся.
С другой стороны, для точной балансировки пайка рекомендуется, так как лишнее сопротивление может исказить получаемые зарядным устройством данные о напряжении.
Так что если очень хочется, то можно. Но в этом случае брать лучше «банки» с клеммами, и прикасаться паяльником не дольше пары секунд.
Если вы все же нашли в себе смелость спаять банки в батарею, то прочитайте по пайке батареек от A123. Там подробно, с иллюстрациями, описывается этот процесс.
Если нет, то давайте рассмотрим альтернативные варианты.
Можно использовать в качестве контактов . Они очень сильные — друг от друга не отдерешь. Снаружи покрыты никелем или цинком, которые не окисляются. Контакт с банкой обеспечивают прекрасный. Для полного счастья к ним можно припаять провода, но делать это очень осторожно: температура Кюри для них — при которой магниты превращаются в тыкву — около 300 градусов. Использовать можно только легкоплавкий припой и паяльник с термостабилизацией — .
Или купить (батарейный отсек), как для обычных AA/AAA-батареек.1 Большой плюс такого решения в том, что батарейки не будут припаяны намертво, и на место дохлых банок можно вставлять запасные заряженные. И не надо покупать дорогие зарядники с балансировщиками — можно заряжать батарейки по 2 штуки .

На ебее можно найти вот такую . И не надо ничего паять — просто вставил незащищенные Li-ion-батарейки и поехал.
Защита банок от переразряда и перезаряда
Как я уже говорил, литиевые элементы не простят вам ни того, ни другого.
Самый простой способ уйти от этой проблемы — использовать защищенные (protected) батарейки. Именно такие покупают для всяких светодиодных фонарей. Защищенные батарейки имеют внутри корпуса вот такую маленькую платку:
Другой вариант — поставить одну большую плату на всю батарею. . Вот ее схема подключения в конфигурации 4S2P — 4 последовательно соединенные батареи по 2 аккумулятора параллели:
Где P+ и P- — клеммы к заряднику или потребителю.
Не забывайте, что LiFePO4 не совместимы с обычными Li-ion-элементами, и для них нужны специальные защитные платы.
Широтно-импульсные модуляторы, или DC-DC-преобразователи
Это такие устройства, которые будут из того напряжения, что выдает вам аккумулятор, делать то, что вам нужно. Потому что часто от того напряжения, что выдает батарея, устройство либо сгорит, либо не заработает, либо первое при полностью заряженной батарее и последнее при разряженной.
Спаять такое нехитрое устройство можно и самому. Вот . Если вам лень, то добро пожаловать на ebay.
Такие преобразователи делятся на повышающие напряжение и понижающие. Обычно предпочитают использовать последние. Вот хороший — за $1.74. Существуют также разновидности с ограничением силы тока на выходе. Такие нужны, например, чтобы заряжать другой аккумулятор, или чтобы питать светодиод. Вот такого за $4.66.
Как и любое устройство, DC-DC-преобразователи имеют свой допустимый диапазон напряжений и силы тока. Заранее рассчитайте, сколько потребуется для вашего потребителя. В случае слишком больших токов на преобразователь нужно поставить охлаждение, а то и вовсе заменить на вариант помощнее.
Автономная зарядка мобильников и всего на свете
Такая штука пригодится в поездках, походах — везде, где есть проблемы с розетками. Для этого вам понадобятся:
Также вам будет нужен мультиметр (тестер), который выдерживает ток до 10A.
1. Сначала нужно припаять провода от держалки батареек к ШИМу: черный к IN-, красный к IN+.
2. Затем нужно будет настроить ШИМ. Если этого не сделать — этот прибор может сжечь ваш телефон!
1) Переключите мультиметр в режим измерения постоянного напряжения и дотроньтесь щупами до контактов OUT+ и OUT-. Мультиметр покажет напряжение холостого хода.
2) Возьмите мелкую отвертку и покрутите первый потенциометр (крутилка такая, на фотографии он слева) до тех пор, пока мультиметр не покажет напряжение в 5 вольт.
3) Затем переключите мультиметр в режим измерения постоянного тока. Так же дотроньтесь щупами до OUT+ и OUT-. Отрегулируйте силу тока короткого замыкания потенциометром справа до 1 ампера.
4) Потенциометр посередине обычно трогать не надо.
3. Выньте батарейки из держалки.
4. Присоедините USB-гнездо к ШИМу. Для этого отрежьте его от USB-удлиннителя и распорите отрезанный конец. Черную жилку вам необходимо припаять к контакту OUT-, красную — к OUT+, а зеленую, белую и экран трогать не нужно. Можно обрезать их к черту, если мешают. Лишь бы не контачили ни с чем.
Всё. Теперь можно вставлять батарейки в держалку, веник со штекерами — в USB-гнездо и заряжать что угодно где угодно. Большой плюс этой схемы в том, что батарейки не прикручены намертво, и их можно заменять на запасные, когда они сдохнут.
Зарядить мобильник такой ерундой можно раз пять. Если вам требуется просто продолжительная работа мобильника, то можно вытащить из него аккумулятор — энергия в этом случае будет расходоваться эффективнее.
(В настоящее время, проще купить накопитель (PowerBank) на сменных аккумуляторах 18650. Т.е. это тот же батарейный отсек с платой зарядки и защиты этих аккумуляторов и выходным преобразователем для получения от них 5В в USB выход. Прим.Ред.)
—————————————————-
Данная статья выложена в сокращенном варианте. Полностью ее можно посмотреть на странице оригинала.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *