Μπαταρίες #1

Ηλεκτρικά Στοιχεία και Μπαταρίες

[ #2-Φόρτιση ]- [ #3-Φορτιστές ] - [ #4-Εκφόρτιση-Εκφορτιστές-Cyclers ] - [ #5-Συσ. Ni-Cd ] - [ #6-Συσ. Ni-MH ]
[ #7-Συσ. Λιθίου ] - [ #8-Συσ. Μολύβδου ] - [ #9-Συχνές ερωτήσεις ] - [ #10-Τροφοδοσία συστημάτων Τ/Κ ]

Ορισμοί

Ηλεκτρικό στοιχείο

Το ηλεκτρικό στοιχείο είναι αποθήκη χημικής ενέργειας που με την κατάλληλη συνδεσμολογία, προβλέπεται να μετατραπεί σε ηλεκτρική ενέργεια.

Διακρίνουμε δύο είδη ηλεκτρικών στοιχείων: τα πρωτογενή και τα δευτερογενή στοιχεία.
Στο πρωτογενές στοιχείο λαμβάνει χώρα μία χημική αντίδραση που δεν αναστρέφεται. Οταν εξαντληθεί η χημική του ενέργεια, δεν μπορεί να ξαναχρησιμοποιηθεί με τον ίδιο τρόπο.
Το δευτερογενές στοιχείο, όταν αποδόσει την χημική του ενέργεια μπορεί να να επανέλθει στην αρχική του κατάσταση. Αυτό επιτυγχάνεται αντιστρέφοντας την "διαδικασία", δηλαδή δίνοντάς του ηλεκτρική ενέργεια, που αποθηκεύεται σ' αυτό σαν χημική ενέργεια. Αυτή η εργασία λέγεται φόρτιση (ή επαναφόρτιση).
Τα πρωτογενή στοιχεία τα λέμε επίσης ξηρά στοιχεία, ενώ τα δευτερογενή συσσωρευτές.

Η τάση

Κάθε στοιχείο έχει μία διαφορά δυναμικού, που συνήθως την λέμε τάση, και η οποία εξαρτάται από την χημική σύνθεση των δύο ηλεκτροδίων. Η μονάδα έκφρασης της τάσης είναι τα Volts (V).
Η τάση που συνάγεται από την χημική του σύνθεση είναι κατ' αρχάς ονομαστική. Στην πράξη θα έχει μεν αυτή την τάση, αλλά όταν έχει όλη του την ενέργεια η τάση θα είναι λίγο μεγαλύτερη, ενώ όσο εξαντλετίται η ενέργειά του η τάση θα είναι λίγο μικρότερη.
Σαν παράδειγμα, το στοιχείο Ni-Cd έχει ονομαστική τάση 1,2 V. Αμέσως μετά την φόρτιση η τάση του κυμαίνεται στα 1,35-1,4 V, ενώ αντίθετα όταν η τάση πέσει στα 1,1 V είναι ήδη "άδειο" για κάθε πρακτική εφαρμογή.
Η τάση που δείχνουν τα στοιχεία εν κενώ (όταν δεν παρέχουν ενέργεια) είναι πλασματική. Ετσι ένα πρακτικά άδειο στοιχείο Ni-Cd μπορεί να δείχνει εν κενώ 1,2 V αλλά μόλις δεχθεί φορτίο να δείξει την πραγματική χαμηλή του τάση. Γι' αυτό, την τάση την μετράμε πάντα υπό φορτίο.

Η χωρητικότητα

Εξ ίσου σπουδαίο χαρακτηριστικό των ηλεκτρικών στοιχείων είναι η χωρητικότητά τους. Η χωρητικότητα δείχνει την θεωρητική διάρκεια που μπορεί να ξεφορτίζεται ένα στοιχείο με κάποιο σταθερό ρεύμα.
Δηλαδή, η χωρητικότητα είναι το γινόμενο του χρόνου (σε ώρες "h" ή σε λεπτά "min") επί την ένταση του ρεύματος (σε αμπέρ "A" ή σε μιλιαμπερ "mA") οπότε και εκφράζεται αντίστοιχα σε: αμπερώρια (Ah) ή μιλιαμπερώρια (mAh), ή αμπερολεπτά (Amin) ή μιλιαμπερολεπτά (mAmin).

Δηλαδή μία μπαταρία με χωρητικότητα 500 mAh μπορεί να δίνει ρεύμα 500 mA για 1 ώρα, ή 250 mA για 2 ώρες ή 50 mA για 10 ώρες κ.ο.κ.;

Αυτό είναι εντελώς θεωρητικό. Στην πράξη όσο μεγαλώνει το ρεύμα εκφόρτισης, τόσο μειώνεται ο θεωρητικός χρόνος και αντίστροφα όσο μικραίνει το ρεύμα τόσο μεγαλώνει ο χρόνος.
Τα ακριβή μεγέθη εξαρτώνται από τον τρόπο που ο κατασκευαστής έχει κλασσάρει (ονομάσει) το προϊόν του. Αν την έχει κλασσάρει σαν 500 mAh επειδή αντέχει 10 ώρες σε εκφόρτιση 50 mA, τότε κάθε χρήση με εκφόρτιση μεγαλύτερη από 50 mA θα διαρκέσει τέτοιο χρόνο που το γινόμενό τους θα δώσει χωρητικότητα μικρότερη από 500 mAh και κάθε χρήση με εκφόρτιση μικρότερη από 50 mA θα δώσει χωρητικότητα μεγαλύτερη από 500 mAh.
Αντίθετα αν την έχει κλασσάρει σαν 500 mAh επειδή αντέχει 1 ώρα σε εκφόρτιση 500 mA τότε κάθε χρήση με εκφόρτιση μικρότερη από αυτή την ένταση θα δώσει χωρητικότητα μεγαλύτερη από 500 mAh και κάθε χρήση με εκφόρτιση μεγαλύτερη από 500 mA θα δώσει χωρητικότητα μικρότερη από 500 mAh.

Η ενέργεια

Η ενέργεια της μπαταρίας ισούται με το γινόμενο της τάσης επί την χωρητικότητά της, δηλαδή V x Ah.
Επειδή VxA =W, η σωστή μονάδα έκφρασης της ενέργειας είναι Wh δηλαδή βατ-ώρες, και κατ' επέκταση Wmin (βατολεπτά), mWh (μιλιβατώρες), mWmin (μιλιβατολεπτά).

Αν από μία παρτίδα στοιχείων με χωρητικότητα 0,5 Ah φτιάξουμε μία μπαταρία με 4 στοιχεία και μία άλλη με 8 στοιχεία, σίγουρα αν και θα έχουν την ίδια χωρητικότητα δεν έχουν την ίδια ενέργεια.
Στην πρώτη περίπτωση θα έχουμε 4,8V x 0,5 Ah = 2,4 Wh, ενώ στην δεύτερη 9,6V χ 0,5Ah = 4,8 Wh.
Εστω ότι σε μιά τρίτη περίπτωση έχουμε μία άλλη μπαταρία 4 στοιχείων με χωρητικότητα 1,0Ah. Η ενέργεια αυτής της μπαταρίας θα είναι 4,8V x 1,0Ah = 4,8Wh, δηλαδή όση και η ενέργεια των 8 στοιχείων με 0,5 mAh.

Μπαταρίες με την ίδια ενέργεια μπορούν να παράγουν το ίδιο έργο (να φέρουν το ίδιο αποτέλεσμα). Φανταστείται ένα ιδανικό ηλεκτροκίνητο αερομοντέλο που όλα τα συστήματα αποδίδουν 100%, και ένα περιβάλλον (καιρός, χειριστής) σταθερό. Είτε ηλεκτροδοτήσουμε το μοντέλο με την μπαταρία των 8 στοιχείων / 0,5Ah, είτε με την μπαταρία των 4 στοιχείων / 1,0 Ah επειδή και οι δύο έχουν την ίδια ενέργεια το μοντέλο θα έχει την δυνατότητα να αναρριχηθεί στο ίδιο ύψος, (όχι όμως με τον ίδιο ρυθμό).

Η σχέση ενέργειας/βάρους

Ενας άλλος τρόπος σύγκρισης των διαφόρων στοιχείων γίνεται εκφράζοντας το ποσό της ενέργειας που περιέχουν ανά μονάδα βάρους τους, συνήθως σε βατώρες ανά γραμμάριο βάρους (Wh/g).

Μπαταρίες

Τι ονομάζουμε "Μπαταρία";

Ο όρος μπαταρία σημαίνει ότι δύο ή περισσότερα ηλεκτρικά στοιχεία έχουν ενωθεί μεταξύ τους για να δώσουν μαζί την ενέργειά τους. Από συνήθεια χρησιμοποιούμε τον όρο μπαταρία και για τα μεμονωμένα στοιχεία.
Τα στοιχεία μπορούν να ενωθούν σε σειρά, ή παράλληλα, ή σε δυνδυασμό των δύο. Οταν ενώνονται ο θετικός πόλος του ενός με τον αρνητικό του δεύτερου, ο θετικός του δεύτερου με τον αρνητικό του τρίτου, κ.ο.κ., λέμε ότι είναι ενωμένα σε σειρά. Στην περίπτωση αυτή η μπαταρία έχει τάση όση το άθροισμα των τάσεων των επι μέρους στοιχείων, ενώ η χωρητικότητά της παραμένει όση η χωρητικότητα του ενός στοιχείου. π.χ. 4 στοιχεία των 1,2V/500mAh σε σειρά θα δώσουν μπαταρία 4,8V/500mAh.
Οταν ενώνονται όλοι οι θετικοί πόλοι μαζί και αντιστοίχως όλοι οι αρνητικοί μαζί, λέμε ότι είναι ενωμένα παράλληλα. Στην περίπτωση αυτή αθροίζονται οι χωρητικότητες όλων των στοιχείων, ενώ η τάση της παραμένει όση και η τάση ενός στοιχείου. π.χ. 4 στοιχεία των 1,2V/500mAh ενωμένα παράλληλα, δίνουν μπαταρία 1,2V/2000mAh.
Είναι αυτονόητο, ότι στην πράξη οι μπαταρίες φτιάχνονται από ομοειδή στοιχεία, με την ίδια χημική σύσταση, την ίδια τάση και την ίδια χωρητικότητα. Οπως θα δούμε σε άλλη παράγραφο, σημαντικό είναι επίσης να έχουν και άλλες ιδιότητές τους (ιδίως την εσωτερική τους αντίσταση), ισότιμες.

Πως ενώνονται τα στοιχεία για να αποτελέσουν μία μπαταρία ;

Τα μεμονωμένα στοιχεία προσφέρονται αρχικά με ελεύθερους τους πόλους τους. Οι συνδυασμοί χειρισμού των μεμονωμένων στοιχείων είναι πέντε:
  1. Λαμάκι μεταξύ δύο διαδοχικών πόλων κολλημένο με ηλεκτροπόντα σε κάθε πόλο
  2. Ανεξάρτητο λαμάκι στον κάθε πόλο κολλημένο με ηλεκτροπόντα, και μεταξύ των διαδοχικών πόλων με κοινή κόλληση (καλάϊ)
  3. Λαμάκι ή καλώδιο μεταξύ των διαδοχικών πόλων με κοινή κόλληση (καλάϊ)
  4. Κοινή κόλληση απ' ευθείας μεταξύ των διαδοχικών πόλων
  5. Θήκη που έχει έτοιμες επαφές είτε για κάθε στοιχείο χωριστά είτε για τα ακραία μόνο.

Ενας παραδεκτός τρόπος για να κολλήσουμε κάποιο μέταλλο στους πόλους των στοιχείων είναι η ηλεκτροπόντα. Ψιλή ηλεκτροπόντα διαθέτουν μόνο τα εργοστάσια κατασκευής και τα μεγάλα καταστήματα πώλησης μπαταριών. Πριν χρησιμοποιήσεις την μπαταρία έλεγξε ότι οι ενώσεις της ηλεκτροπόντας είναι γερές. Μπορεί να ξεκολλήσουν με μία απλή έλξη.

Η ασφαλέστερη και ευκολώτερη περίπτωση ένωσης δύο στοιχείων είναι να υπάρχει ήδη πονταρισμένο λαμάκι σε κάθε πόλο. Απλά φέρνουμε τα διαδοχικά λαμάκια το ένα επάνω στο άλλο και τα κολλάμε με καλάϊ. Η θερμότητα δεν προλαβαίνει να περάσει στο σώμα του στοιχείου.

Αν πρέπει να ενώσεις στοιχεία με ελεύθερους πόλους η μόνη λύση είναι το καλάϊ. Είτε θα κολήσεις σ' αυτά μία γέφυρα από λαμάκι ή καλώδιο, είτε θα κολλήσεις τους πόλους απ' ευθείας μεταξύ τους.
Αυτό είναι επικίνδυνο για τα στοιχεία. Εξ' αιτίας της μεγάλης θερμοχωρητικότητας του σώματος του στοιχείου, ο χρόνος που χρειάζεται για να ζεσταθεί τοπικά το μέταλλο και να πιάσει το "καλάϊ" είναι μεγάλος οπότε ταυτόχρονα ζεσταίνεται και το υπόλοιπο σώμα του στοιχείου. Σ' αυτή την περίπτωση μπορεί να λειώσουν τα μονωτικά φύλλα στο εσωτερικό, ή να ανοίξει η "βαλβίδα αναπνοής" του και να μείνει σε ανοικτή θέση.

Μην επιχειρήσεις να ενώσεις στοιχεία με κολλητήρι απ' ευθείας επάνω στους πόλους, αν δεν έχεις τα κατάλληλα εργαλεία και εμπειρία σε αυτή την εργασία.

Ιδια στοιχεία μπορούν να ενωθούν σε διαφορετικό σχήμα (π.χ. πλακέ, τετράγωνο, ρομβοειδές) για να ταιριάζει σωστά στον χώρο που θα τοποθετηθεί. Στα ενωμένα στοιχεία αφού κολληθούν τα καλώδια με τους ακροδέκτες καλύπτονται από ένα μονωτικό θερμοσυστελλόμενο περίβλημα.

Ολες οι παραπάνω περιπτώσεις καταλήγουν να έχουν μόνιμη επαφή μεταξύ των στοιχείων της μπαταρίας. Στις μπαταριοθήκες που οι πόλοι των στοιχείων απλά και περιστασιακά ακουμπούν στις μεταλλικές επαφές της, εγκυμονεί ο κίνδυνος να "ανοίξει" η επαφή από διάβρωση ή μετακίνηση.
Στις μπαταριοθήκες του δέκτη ασφαλίζουμε τα στοιχεία γύρω-γύρω με ένα δυνατό λάστιχο. Στις μπαταριοθήκες του πομπού ισχύει η ίδια περίπτωση αλλά δεν μπορουν να ασφαλισθούν και με αντίστοιχο τρόπο. Δεν είναι λίγες οι περιπτώσεις που άνοιξε η θυρίδα της μπαταριοθήκης του πομπού και έπεσαν τα στοιχεία την ώρα της πτήσης.
Καθάριζε συχνά τις επαφές της μπαταριοθήκης με οινόπνευμα. Μην αφήνεις τα στοιχεία σ' αυτές για πολύ καιρό γιατί επιταχύνται η διάβρωση των επαφών τους.

Ποιά χαρακτηριστικά των στοιχείων αυξάνουν την απόδοση της μπαταρίας;

Τα στοιχεία που απαρτίζουν μία μπαταρία συμφέρει να είναι φρέσκα και να έχουν ακριβώς την ίδια χωρητικότητα και την ίδια εσωτερική αντίσταση. Μόνο οι σοβαρές εταιρείες μπαίνουν στον κόπο να διαλέξουν ακριβώς ίδια στοιχεία για κάθε μπαταρία που φτιάχνουν.

Τι άλλο μπορούμε να ζητήσουμε στην "σύνθεση" μιάς μπαταρίας;

Αν έχεις συστήματα διαφορετικής μάρκας, βάλε στην μπαταρία του δέκτη περισσόστερα πριζάκια (σε παράλληλη σύνδεση), ένα για κάθε τύπο συστήματος, ώστε η μπαταρία αυτή να είναι συμβατή με όλα τα συστήματά σου.

Επίσης μπορείς να συνδέσεις παράλληλα δύο όμοια πριζάκια, ώστε αφ' ενός να μειώσεις την αντίσταση (δύο καλώδια έχουν μικρότερη αντίσταση από ένα) και ταυτόχρονα να την συνδέσεις με τον δέκτη με δύο διακόπτες, για μεγαλύτερη ασφάλεια (αν αστοχήσει ο ένας, ο δέκτης τροφοδοτείται από τον άλλο).

 

[ #2-Φόρτιση ]- [ #3-Φορτιστές ] - [ #4-Εκφόρτιση-Εκφορτιστές-Cyclers ] - [ #5-Συσ. Ni-Cd ] - [ #6-Συσ. Ni-MH ]
[ #7-Συσ. Λιθίου ] - [ #8-Συσ. Μολύβδου ] - [ #9-Συχνές ερωτήσεις ] - [ #10-Τροφοδοσία συστημάτων Τ/Κ ]

 

Πρώτη σελίδα/Home Περιεχόμενα