Zasilanie mobilne - czyli sposoby na napędzanie układów w terenie!

Każda osoba zaznajomiona z podstawami elektroniki wie, że aby jakikolwiek układ elektroniczny mógł działać potrzebna jest energia elektryczna, dzisiaj omówimy przykładowe zasilania, dzięki którym będziemy mogli uruchomić nasze układy poza pracownią. 

Jedne z popularniejszych akumulatorów w robotyce i elektronice, przewyższają inne głównie małymi rozmiarami oraz często bardzo cenną wagą. Ogniwa te są oznaczane jako S jeśli ogniwa są połączone szeregowo i P jeśli są połączone równolegle, maksymalne obciążenie prądowe podawane jest jako C. Pojemność akumulatorów określana jest jednostką mAh, jednostka określa ile mA. To może podawać akumulator. Przez godzinę, dla przykładu w pełni naładowany akumulator o pojemności 1000 mAh może podawać prąd o natężeniu jednego ampera przez godzinę, analogicznie pobierając 250 mA prąd będzie podawany przez 4 godziny. Znamionowe napięcie jednej celi to 3.7V i na tej podstawie rozpoznajemy ile ogniw mieści w sobie.  Pakiet akumulatorów, jednak faktyczne napięcie mieści się w zakresie 3V(maksymalna granica rozładowania) a 4.2 (maksymalna granica naładowania). Jeśli więc chcemy zakupić pakiet o napięciu znamionowym 7.4V, który będziemy.  To będziemy, mogli obciążyć 20 amperami powinniśmy rozglądać się za ogniwami o oznaczeniu Li-Pol 2C 7.4 20C. Wybierając akumulator Li-Pol musimy pamiętać o bezpieczeństwie podczas użytkowania, ładowania i transportu. Ogniwa te są szczególnie wrażliwe na uszkodzenia, a przeładowanie ich może prowadzić do wybuchu, jednak prawidłowo obsługiwany akumulator będzie działał bez problemu.

Akumulatory litowo-jonowe

Korzystamy z nich na co dzień, ponieważ to właśnie one zasilają nasze telefony, laptopy czy też większość przenośnego sprzętu RTV czy AGD. W porównaniu do akumulatorów Li-Pol mają większą wagę, jednak usprawiedliwiona jest ona często większą pojemnością.  Czy też większym maksymalnym prądem rozładowania, z reguły markowe akumulatory są też bardzo dobrze zabezpieczone, a razem z rozwojem technologii do ogniw zostały wprowadzone liczne zabezpieczenia. Ogniwa te są również standaryzowane w kwestii podawanego napięcia, większość z nich także w kwestii rozmiarów.

Akumulatory, czyli baterie wielokrotnego użytku!

Akumulatory są ogniwami, które możemy wielokrotnie ładować i rozładowywać, jest to spora przewaga nad bateriami. Jeżeli jednak musimy pamiętać, że do naładowania akumulatorów niezbędna będzie ładowarka, a same ogniwa są droższe. Omówimy teraz kilka z najpopularniejszych rodzajów akumulatorów.

Akumulatory litowo-polimerowe

Napięcie nominalne jednego ogniwa to 3.6V, maksymalne to 4.2V, minimalne to 2.5V. Jeżeli jednak aby akumulatory nie traciły swoich właściwości nie powinniśmy,  dopuszczać do rozładowania poniżej 3V. Przeładowanie ogniw także może prowadzić do ich uszkodzenia. W przeciwieństwie do Li-Pol jest tutaj wprowadzona częściowa standaryzacja w kwestii wymiarów ogniw. Dla przykładu odczytamy wymiary ogniwa 18650, które bardzo często jest stosowane w pakietach laptopowych, liczba “18” to średnica ogniwa podana w milimetrach, a liczba “650” oznacza, że akumulator ma długość 65.0mm.

Akumulatory niklowo-metalowo-wodorkowe

Często używane jako zamienniki tradycyjnych baterii alkalicznych, posiadają takie same poziomy napięć. Ijak i wymiary, są idealnymi zamiennikami gdy chcemy pozbyć się baterii i chcemy je szybko zastąpić bez konieczności przebudowania układu. Oczywiście istnieją ogniwa o innej budowie, jednak te o specyfikacjach baterii są najpopularniejsze. Większość z nich ma napięcie nominalnie na poziomie 1,5V. Podsumowując, akumulatory są dobrym zamiennikiem tradycyjnych baterii. O ile o akumulatory będziemy dbali, nie rozładowywali ich nadmiernie oraz ładowali odpowiednią ładowarką, to będą nam służyć przez długi czas. Warto też i zainwestować trochę więcej i zakupić ogniwa z wyższej półki. Ponieważ posiadać będą odpowiednie zabezpieczenia i zapewnią nam bezpieczeństwo podczas użytkowania. Podczas budowania układów, jak i obudów musimy pamiętać o właściwym chłodzeniu akumulatorów, a także ochronie przed uszkodzeniami mechanicznymi. Cechą, która może nas odstraszyć jest cena. A która jest kilka, lub kilkanaście razy wyższa, do tego doliczyć musimy cenę ładowarki.

Baterie

Większości początkujących, którzy chcą zasilić swoje układy przychodzą na myśl baterie, są one. Jednak jednorazowego użytku, ponadto wiele komercyjnych urządzeń przenośnych jest zasilana właśnie z baterii. Baterie jednak mają z reguły słabe specyfikacje. Poznamy teraz podstawowe typy baterii.

Baterie AA

Często nazywane paluszkami, są najpopularniejszymi bateriami, możemy je kupić w większości sklepów, ich napięcie sięga 1.5V a pojemność jest stosunkowo duża, bo w droższych bateriach wynosi nawet 2300mAh.

Baterie AAA

Nazywane małymi paluszkami, podobnie jak w przypadku baterii AA są one ogólnodostępne, tutaj poziom napięcia nominalnego wygląda podobnie. Jednak ze względu na mniejsze wymiary posiadają one mniejszą pojemność, najczęściej jest to około 800mAh.

Baterie 6F22

Jest to również bardzo popularny rodzaj baterii, podaje napięcie nominalne na poziomie 9V, ma charakterystyczny kształt. Baterie 9V zakupić możemy także w sklepach niespecjalistycznych. Na początku może nam się wydawać, że jest to idealny wybór dla wszystkich układów.  Elektronicznych, które posiadają stabilizator napięcia i pracują na logice 5V, jednak jest to złudzenie. Baterie te posiadają jednak małą pojemność oraz mały prąd rozładowania, przez co możemy rozładować je uruchamiając układ. Bateria co prawda będzie przez jakiś czas podawać prąd, jednak będzie on niestabilny i będzie zakłócać pracę naszego mikrokontrolera.   Podsumowując, najlepszym rozwiązaniem jeśli chodzi o zasilanie naszych układów jest pakietowanie baterii AA i AAA, ze względu na wysoką pojemność. Odradzam korzystania z baterii 6F22, ze względu na małą pojemność, wyjątkiem są układy które pobierają znikome ilości energii.

Celowo nie omówiłem także baterii pastylkowych, nazywanych często zegarkowymi. Ciężko opisać tu poszczególne typy baterii, ponieważ rynek przepełniony jest różnymi modelami tych ogniw. Dodatkowo baterie te wyróżniają się bardzo małą pojemnością i nie używa się ich do zasilania układów opartych na mikrokontrolerach. Podobnie jak w przypadku baterii 9V.  Możemy jest stosować do zasilania układów pobierających. I małe ilości prądu, takie jak kontrolery RTC (Real Time Clock- zegar czasu realnego) są one pomocne. Ponieważ zajmują mało miejsca i energia z nich jest pobierana tylko. Wtedy gdy głównie źródło zasilania zostaje odłączone, przez co nie tracimy danych. W następnym artykule omówimy sposoby na zasilenie mikrokontrolerów korzystając z energii wodnej, słonecznej i wiatrowej.