Lectia de baterii

[Truia]

Dragi colegi, deschid acest subiect pe deoparte pentru ca multa lume este interesata, pe dealta parte pentru ca, peste tot pe unde citesc despre baterii, dau numai peste tot felul de ineptii si absurditati.
Si asta nu numai in discutiile dintre pescari dar mai ales pe site-urile magazinelor care vand baterii si folosesc tot felul de cuvinte pompoase ( Deep-Cycle, Long-Life etc.) pentru a-si face publicitate si a face pe eventualii cumparatori sa creada ca au gasit Rols-Royce-ul bateriilor.

Cum am vazut ca pescar nu inseamna neaparat si cunoscator in ale electricitatii, ve rog sa ma scuzati pentru ideea de a incepe de la zero adica cu abc-ul in materie!

Voi incerca sa fac totul simplu, inlaturand chestiile prea tehnice, pentru a fi pe intelesul tuturor si mai ales pentru a fi util celor care citesc aceste randuri !

In acest sens, voi incepe cu lucruri elementare, lucruri pe care unii dintre voi le cunosc, altii nu. In orice caz, va cer sa aveti rabdare si sa cititi pana la capat si va asigur ca veti sfarsi prin a avea mai multe cunostinte si prin a intelege de ce si cum, cum sa va alegeti o baterie pentru motor, cum sa o mentineti si sa o incarcati.

O sa structurez aceasta prezentare in mai multe lectii , fiecare cu un continut anume. Voi posta lectie dupa lectie in funtie de timpul de care voi dispune si sper ca in decurs de doua saptamani sa ajung la capat cu aceasta prezentare!

[vali stratonov]

Multumesc domn profesor ...sunt deosebit de interesat de cursurile gratuite(sper) pe care doriti sa ni le prezentati.
Voi lua loc confortabil in fotoliul meu si voi astepta cu nerabdare inceperea cursurilor.
Cu multumiri un cursant interesat...

[Truia]

Lectia 1 : Notiuni elementare

Ce este bateria (electrica caci la aceea ne referim nicidecum cea de artilerie sau una de vin!!)?
Bateria este un dispozitiv care transforma energia chimica inmagazinata in energie electrica. O baterie poate consta intr-una sau mai multe celule conectate in serie sau in paralel. Conectarea celulelor in serie sau in parallel are ca scop cresterea tensiunii respectiv a curentului debitat.
Fiecare celula, in functie de materialele din care este alcatuita are caracteristici electro-chimice identice ( si ma refer in primul rand la tensiune – masurata in volti) .

Exemplu 1 :O celula Plumb-Acid va avea intotdeauna tensiunea nominal de 2,2 V… Asta face ca o baterie de 12 V – cum sunt cele auto – sa fie de fapt alcatuita din 6 celule conectate in serie…

Exemplu 2 : O celula Ni-Cd – cum sunt bateriile de lanterna - va avea intotdeauna o tensiune nominala de 1,5 V… Asta face ca o baterie de 4,5 V – cele patrate care se folosesc la lanterne – sa fie de fapt alcatuita din 3 celule conectate in serie…

Despre acest aspect vom vorbi mai tarziu cand vom vedea cum se pot conecta bateriile.

Fiecare celula este (in mare) compusa din doi electrozi care se afla scufundati intr-un electrolit. Cei doi electrozi sunt : Catod-ul (sau electrodul pozitiv) si Anod-ul sau electrodul negativ. Electrolitul este o substanta chimica ( aleasa in functie de natura materiala a celor doi electrozi) care permite purtatorilor de sarcina (ioni) sa circule intre cei doi electrozi creaind astfel curentul electric care este scopul functional al bateriei ( adica pentru asta e facuta !).

Am ajuns astfel la primul punct care necesita intelegere exacta : Tensiune si Curent

Tensiunea electrica ( sau diferenta de potential electric) se masoara in Volti. Reprezinta diferenta de potential electric intre doua puncte, in cazul nostru cele doua borne ale bateriei. Tensiunea reprezinta o sursa potentiala (posibila) de energie daca intre cele doua borne se conecteaza o sarcina. Prin analogie cu energia potentiala as vrea sa intelegeti tensiunea electrica ca doua vase : unul plin cu apa situat la o inaltime oarecare si unul gol situat mai jos. Atata timp cat intre cele doua vase nu exista nici o comunicare nu se intampla nimic. Daca legam un furtun ( si asta va fi « sarcina « noastra) apa va curge din vasul de sus in cel de jos… aceasta curgere a apei este , prin analogie, curentul electric.

Curentul electric se masoara in Amperi. Curentul electric reprezinta deplasarea ordonata a purtatorilor de sarcina (ioni, elctroni). Daca nu exista tensiune, nu exista nici current. Curentul depinde esential de sarcina aplicata dar si de tensiunea electrica a celor doua puncte intre care se monteaza sarcina. Sa ne intoarcem la analogia noastra cu cele doua vase. Daca punem un furtun subtire avem o scurgere mai lenta intre cele doua vase… daca punem un furtun mai gros avem o scurgere mai rapida…asta e dependenta curentului de sarcina. Mai departe : folosind acelasi furtun, cu cat vasul plin se afla mai sus fata de cel gol cu atat scurgerea este mai rapida…asta inseamna dependenta curentului de tensiunea electrica….
Avem acum o imagine clara a ceea ce inseamna tensiune si curent !

Putem deci trece mai departe la conectarea bateriilor :
Bateriile se pot conecta in serie si/sau in paralel…

Serie :
Un grup de baterii se conecteaza impreuna legand catodul unei baterii la anodul bateriei alaturate. Rezulta astfel un lant de baterii (celule) care are tot doua borne : anodul general fiind anodul primei baterii din lant iar catodul general fiind catodul ultimei baterii din lant, asa cum se vede in figura de mai jos :


image hosting more than 5mb

Ce avem ca rezultat :
Tensiunea ansamblului de baterii este suma tensiunilor bateriilor conectate iar curentul maxim al ansamblului este cel mai mic curent maxim al bateriilor luate una cate una.

Exemplu :
Daca conectam in serie trei baterii : una de 12V si curent maxim 100A, una de 6V si curent maxim de 60A si una de 24V si curent maxim de 150A vom obtine o baterie de 42V si curent maxim de 60A.
Atentie : Vorbim de curentul maxim pe care il poate da bateria pentru ca curentul efectiv va fi dat de sarcina conectata !
Acest lucru impune o limitare evidenta : nu este nici folositor si nici recomandat sa legam in serie baterii al caror curent maxim este mult diferit. Nu vom avea nici eficienta maxima iar in plus unele baterii vor lucra intr-un regim diferit de celelalte ducand la durate de viata diferite pentru bateriile din grup.


Paralel :
Un grup de baterii se conecteaza impreuna legand toti catozii impreuna si toti anozii impreuna. Rezulta astfel un grup de baterii (celule) care are tot doua borne : anodul general fiind grupul de anozi conectati impreuna iar catodul general fiind grupul de catozi conectati impreuna, asa cum se vede in figura de mai jos :


free screen capture

Ce avem ca rezultat :
Curentul ansamblului de baterii este suma curentilor bateriilor conectate iar tensiunea este tensiunea minima a bateriilor luate una cate una.
Inainte deja de a da un exemplu observam ca nu putem conecta in paralel baterii de tensiuni diferite deoarece cele cu tensiune mai mare vor debita in cele cu tensiune mai mica mergand pana la distrugerea unor baterii din grup.
Exemplu :
Daca conectam in paralel trei baterii : una de 12V si curent maxim 100A, una de 12V si curent maxim de 60A si una de 12V si curent maxim de 150A vom obtine o baterie de 12V si curent maxim de 310A.

Concluzie :
Putem conecta baterii in grup pentru tensiune mai mare sau curent mai mare dar cu urmatoarele limitari :
- bateriile trebuie sa fie cat mai asemanatoare , ideal identice.
- In orice caz tipul tehnologic trebuie sa fie identic pentru optimizarea functionarii (incarcare-descarcare) adica nu putem conecta impreuna o baterie Plumb-Acid cu una Li-Ion fara riscuri majore
- pentru conectare in paralel tensiunile bateriilor trebuie sa fie identice
- pentru conectarea in serie curentul (maxim) al bateriilor trebuie sa fie cat mai apropiat, ideal identic
- putem avea conexiuni complexe cu mai multe grupuri de baterii conectate serie-paralel dar respectand regulile de mai sus. In general acesta nu este cazul nostru si nu voi detalia...

Urmeaza Lectia 2 - Ciclul de viata al bateriilor

[Truia]

Lectia 2- Ciclul de viata al bateriilor

Din punct de vedere al naturii ciclului de viata bateriile se impart in doua categorii :
- Care nu se incarca (baterii propriuzise, non rechargeable battery sau primary cell in engleza)
- Baterii reincarcabile (acumulatori, rechargeable battery sau seccondary cell)

O sa ne ocupam pe rand de fiecare

Lectia 2- Partea 1: Baterii care nu se incarca

Aici teaba sta foarte simplu…bateria genereaza energia pe care o are inmagazinata, se goleste si pe urma se arunca ( in tarile civilizate se recicleaza!), nu poate fi readusa prin reincarcare in starea initiala in care avea o cantitate de energie acumulata.
Dat fiind ca bateriile de acest tip nu sunt in mod principal scopul lectiei noastre voi detalia intr-o singura prezentare descrierea acestor baterii…pentru acumulatori o voi face (mai tarziu) in doua prezentari.

In marea lor majoritate bateriile nereincarcabile sunt facute in doua tehnologii :

- una mai veche si mai putin performanta: tehnologia carbon-zinc (catod de carbon, anod de zinc, electrolit din clorura de amoniu sau clorura de zinc sau un amestec din cele doua) cu celule de 1,5 V
- una mai noua si mai performanta: tehnologia alcalina (catod din dioxid de mangan, anod de zinc si electrolit din hidroxid de potasiu) cu celule de 1,5V
Mai exista nenumarate alte tehnologii dar sunt rare si le voi lasa deoparte.

Aceste baterii nu se pot reincarca, reactia chimica care duce la generarea energiei nu este reversibila (sau nu complet). Diferite incercari de a reincarca electric aceste baterii pot duce la diverse rezultate in functie de tipul bateriei… de la nimic pana la explozii…

Ce parametrii trebuie sa cunoastem :
- Durata de viata a bateriei (durata de stocare) : cat timp bateria ramane folosibila daca se lasa neconectata in starea de nou. Aceasta este in mod obligatoriu inscrisa pe baterie sau pe ambalaj… de obicei este trecuta data (anul) expirarii
Variaza de la cateva luni pentru bateriile carbon-zinc pana la 3-4 ani pentru bateriile alcaline
Nota… in starea conectata, chiar si cu un curent foarte, foarte mic aceasta durata se reduce drastic !

- Tensiune (voltaj) :
-in stare incarcata variaza intre 1,5 si 1,65 V, in stare descarcata intre 1,1 si 1,3V (pentro o celula)

- Capacitatea bateriei : se da in AH… mai degraba in mAH (miliamperi ora) fiind vorba despre capacitati mici ; adica daca este 1AH asta inseamna ca bateria poate furniza un curent de 1 A timp de o ora sau un curent de 0,5A timp de 2 ore samd… curentul fiind limitat de valoarea maxima a curentului pentru bateria respectiva)..pentru bateriile uzuale, in functie de tipul constructiv variaza intre 100mAH (0,01AH) si 15000mAh (15AH)
Atentie marita : Calculele de mai sus sunt doar o speculatie , ca sa intelegeti despre ce este vorba. La aceste baterii capacitatea nu este o constanta ci scade foarte mult cu consumul …cu cat sarcina consuma mai mult curent cu atat capacitatea scade … valorile tehnice date in standard corespund unui curent consumat foarte mic tinzand spre zero !!!!

- Curentul maxim : este valoarea maxima a curentului debitat pentru care bateria functioneaza normal ( nu se incalzeste, nu se deterioareaza) si pentru care capacitatea bateriei se pastreaza in limite rezonabile ( pana pe la minim 50% din capacitatea nominala la curent aproape zero mentionata mai sus). Pentru bateriile uzuale variaza de la 0,1A (100 mA) pana la 2 A (2000mA)


Toate aceste marimi electrice sunt standardizate pentru tipurile de baterii care fac obiectul standardului.
Cele mai uzuale baterii standard care ne-ar putea interesa sunt prezentate in tabelul de mai jos :


screen capture freeware


photos upload

Mai sunt multe alte tipuri de baterii standard pentru aplicatii specifice ( ceasuri de mana, telecomenzi auto, aparate foto etc.) dar si baterii customizate de producatorii de echipamente pe care nu le mentionez .

Dupa cum observati valorile sunt standard si identice pentru orice produs care poarta denominatia respectiva !!
Pai atunci cum alegem o baterie mai buna ca alta ?... sau ce face o baterie mai buna ca alta…
Diferenta de calitate deriva din doua aspecte : durata de viata si variatia capacitatatii in functie de consum
Daca primul nu e neaparat esential, adica nu cumperi o baterie ca s-o tii in dulap si s-o folosesti peste 3 ani (doar daca n-a stat 3 ani in depozit!! atentie la data de expirare, sa mai aiba macar un an de la data cumpararii!!), al doilea este foarte important determinand durata de functionare.
Ca sa intelegeti va dau mai jos o comparatie intre doua baterii din gama buna de pe piata :


hosting image

Daca la consum apropiat de zero cele doua baterii au aceeasi capacitate, cea standard de 2700mAH, la curenti mai mari diferenta este enorma….
Si ajungem la ceea ce ne intereseaza : Durata de functionare – este mult mai mica decat durata de viata, depinde de sarcina conectata
Sa facem un calcul pentru cele doua baterii de mai sus :

Folosim formula cunoscuta de toti (pentru curent continu) P (W) = U (V) * I (A)
Iar pentru capacitate :
Baterii identice in serie, capacitatea in AH este egala cu a unei singure baterii
Exemplu: doua baterii de 1,5V si de 2700mAH cu un current maxim de 600mA conectate in serie ne vor da o baterie echivalenta de 3V, 2700mAH si cu un curent maxim de 600mA
Baterii identice in paralel : capacitaea in AH este egala cu suma capacitatilor
Exemplu: doua baterii de 1,5V si de 2700mAH cu un current maxim de 600mA conectate in paralel ne vor da o baterie echivalenta de 1,5V, 5400mAH si cu un curent maxim de 1200mA
Nota : Energia totala debitata va fi aceeasi in ambele cazuri !!

Exemplu1 : sa consideram ca sarcina o lanterna la 3 V folosind 2 baterii AA in serie, pentru un bec de 1,5W ( adica care consuma 0,5A …500mA)
Daca ar fi sa consideram capacitatea ideala (data de standard) adica 2700mAH, ne astemptam la o durata de functionare de 2700 :500= 5,4 ore
Din pacate, la acest consum capacitatea scade drastic si prin urmare :
Pentru Energizer vom avea : 1300 :500 = 2,6 ore
Pentru Duracell vom avea : 2000 :500 = 4 ore

Exemplu 2 : Daca alimentam un radio care consuma 100 mA folosind tot doua baterii AA atunci :
In cazul ideal ne putem astepta la 2700:100 = 27 de ore de functionare
Pentru Energizer avem 2200 :100 =22 ore
Pentru Duracell avem 2600 :20= 26 ore

Exemplu 3 : daca alimentam un ceas care consuma 20 mA
In cazul ideal ne putem astepta la 2700:20 = 135 de ore de functionare
Pentru Energizer avem 2500 :20 =125 ore
Pentru Duracell avem 2700 :20= 135 ore

Acuma intelegeti de ce Duracell dureaza mai mult !! Hehehe !

Deci teoria este simpla…cu cat consumul este mai mic cu atat diferenta dintre baterii este mai putin importanta.
La consum zero, cel putin in teorie, toate bateriile sunt egale !
Cand insa consumul creste calitatea conteaza enorm…si de asta unele baterii sunt mai bune ca altele.
Din pacate aceste date referitoare la relatia capacitate/consum nu sunt date pe produs, se gasesc numai in specificatiile tehnice ale producatorilor si trebuie cautate acolo…

[florin1948]

O mica nedumerire : la o celula NiCd tensiunea nominala este de 1,5 V ? Nu cumva este de 1,2 V si incarcata complet ( fara sarcina) poate atinge 1,44 - 1,45 V ? In sarcina cade automat la 1,2 V per celula. Teoria ca teoria, dar practica ne omoara.

[Truia]

Corect!...am gresit si n-am putut sa corectez dupa ca nu am voie sa modific mesajul decat o singura data
Celula NiCd are tensiunea nominala de 1,2 V ( de fapt am vrut sa ma refer la bateria alcalina!)
Cu scuzele de rigoare!

[florin1948]

Corect!...am gresit si n-am putut sa corectez dupa ca nu am voie sa modific mesajul decat o singura data
Celula NiCd are tensiunea nominala de 1,2 V ( de fapt am vrut sa ma refer la bateria alcalina!)
Cu scuzele de rigoare!

Nu este cazul de scuze. Oricine poate gresi, mai ales cand scrii mult de ti se amesteca tastele in fata ochilor. Bine este cand se corecteaza greselile ca sa nu deformam realitatea in fata colegilor de forum. Si daca imi permiti, un sfat : cauta sa te referi mai mult la acumulatoarele cu plumb, cu gel. Acestea sant cel mai des folosite in pescuitul la spining la actionarea motoarelor electrice. Constructie, incarcare, exploatare, depozitare - acestea sant teme de mare interes asupra carora s-au purtat multe discutii pe forum cu multi participanti de buna credinta dar din pacate unii mult pe langa cunostintele necesare expunerii unui astfel de subiect. Utilizatori de NiCd, NiMH, LiPo, etc. sant mult mai putini, cel mult la lanterne, aparate de radio sau alte maruntisuri accesorii la o partida de pescuit. Bateriile neincarcabile au standarde clare : pretul exprima calitatea bateriei ( in afara celor cumparate din targuri, piete, oboare , samd). Acum scuza-ma tu de interventie si-ti doresc succes la predare.

[Truia]

Asta urmeaza...acumulatori...si va fi foarte detaliat si la obiect

[adiwolf]

astept cu interes "lectiile" - sunt multe lucruri elementare, uitate sau ignorate
personal, iti multumesc pentru timpul acordat si pierdut cu aceste lecatii gratuite

[hegedusalin]

Interesant topic