Symulacja interaktywna
Zabezpieczanie obwodu ładowania ogniwa
Do ładowania ogniwa, np. w telefonie, potrzebny jest zasilacz - to oczywiste. Ale potrzebny jest także układ, który dobierze właściwe natężenie prądu ładowania. Współcześnie są to oddzielne moduły, wyposażone w odpowiednią elektronikę oraz logikę, nadzorującą proces ładowania i sterującą nim.
Najprostszym takim „modułem” jest regulowany opornik wstawiony w obwód ładowania - jego rolą jest regulowanie natężenia prądu. Zaś „logiczny nadzór” nad procesem sprawuje człowiek znający parametry ładowanego ogniwa.
Wciel się w tę rolę i przekonaj się, że ładowanie ogniw różnych typów, za pomocą różnych zasilaczy, wymaga dobrania różnych wartości tego oporu.
Na dodatek, ogniwa jednego typu mogą być rozładowane w różnym stopniu - mają wtedy różne siły elektromotoryczne, czasami o połowę niższe od nominalnej. Bywa też, że ogniwa jednego typu mają różne opory wewnętrzne - to z kolei jest najczęściej związane z historią tego ogniwa: w jakich warunkach pracowało, ile razy było ładowane i w jakich warunkach, w tym ... jak silnym prądem.
W symulacji odtworzono, możliwie wiernie, opisane tu różnice pomiędzy ogniwami tego samego typu. Miej więc na uwadze, że po wybraniu typu ogniwa (np. akumulator samochodowy) pracujesz z określonym egzemplarzem. Gdy ponownie wybierzesz akumulator samochodowy, to otrzymasz do naładowania inny egzemplarz, o innych wartościach siły elektromotorycznej i oporu wewnętrznego.
Zasób interaktywny dostępny pod adresem https://zpe.gov.pl/a/DSgiHJQH8
Symulacja przedstawia obwód ładujący akumulator, składający się z zasilacza, akumulatora oraz opornika pozwalającego na odpowiedni dobór prądu ładowania. Wszystkie te elementy połączone są szeregowo, choć należy zwrócić uwagę na to, że dodatni biegun akumulatora podłączony jest do dodatniego bieguna zasilacza - akumulator w tym obwodzie jest odbiornikiem, a nie dodatkowym źródłem napięcia. Akumulator oraz zasilacz posiadają opory wewnętrzne, reprezentowane przez oporniki.
Symulacja pozwala na wybór jednego z trzech typów ładowanych akumulatorów. Pierwszym jest akumulatorek AA. W jego przypadku, przy rozwartym obwodzie, napięcie na zasilaczu wynosi 1.6 V, a zalecany prąd ładowania to 0.25 A. Dla akumulatorka telefonicznego mamy 5 V i 0.6 A, natomiast dla akumulatora samochodowego - 15 V i 6 A.
Po zamknięciu obwodu wybrany akumulator jest ładowany. Zwiększenie oporu regulującego ten proces prowadzi do zmniejszenia natężenia prądu ładowania. Wartość bezwzględna napięcia źródła wraz ze wzrostem tego oporu maleje, natomiast wartość bezwzględna napięcia na akumulatorze wtedy rośnie.
Jak myślisz, jaki wpływ będzie miał opór wewnętrzny akumulatora na energię wykorzystywaną do jego naładowania?
Wyobraź sobie sytuację, że bieguny baterii połączysz bezpośrednio, powiedzmy przy pomocy drutu, skutecznie je zwierając, wtedy bateria zacznie się nagrzewać. Jak sądzisz, dlaczego tak się dzieje?