Làm thế nào để sạc pin?

Được rồi, tôi có lẽ nên biết điều này, nhưng tôi thì không. Đối với một dự án trường học, tôi cần có khả năng sạc pin 12 v từ máy phát điện. Điều tôi bế tắc là phương pháp sạc pin (nói chung). Có phải nó chỉ đơn giản là điện áp cũ đi vào pin? Hay là một cái gì đó nhiều hơn?

Phương pháp sạc pin trong khi hiệu quả nhưng không làm hỏng thay đổi theo hóa học pin.

Vì bạn có pin "12 V", tôi đoán nó là loại axit chì như bạn tìm thấy trong xe hơi. Axit chì khá dễ tha thứ trong cách chúng có thể được sạc, không giống như các hóa chất khác, đặc biệt là một số loại lithium. Về cơ bản sạc một axit chì với năng lượng cả dòng điện và điện áp giới hạn. Giới hạn điện áp thường là 13,6 V đối với ắc quy xe. Dòng điện tối đa phụ thuộc vào kích thước của pin. Một pin xe bình thường có thể mất vài amps một cách dễ dàng. Ví dụ, nguồn cung cấp năng lượng giới hạn ở 5 A và 13,6 V sẽ hoạt động tốt để sạc pin xe hơi thông thường, mặc dù điều đó không đẩy dòng điện tối đa cho phép. Điều đó có nghĩa là nó sẽ giảm điện áp xuống không quá 5 A hoặc giảm dòng điện để không vượt quá 13,6 V, tùy theo mức nào thấp hơn. Các cửa hàng phần cứng và ô tô bán bộ sạc cho pin xe hơi có sẵn tất cả những thứ này. Gotcha duy nhất là bộ sạc được quảng cáo là "nhanh" có thể lạm dụng pin. Một lần sạc đầy sẽ mất vài giờ, mặc dù hầu hết thời gian pin không đủ thấp để yêu cầu điều đó.

Nếu pin của bạn nhỏ hơn, thì bạn phải khai thác bảng dữ liệu của nó hoặc bằng cách nào đó lấy thông số kỹ thuật cho nó và đảm bảo bộ sạc không tạo ra quá nhiều dòng điện.

Nếu pin của bạn không phải là axit chì, thì mọi thứ có thể hoàn toàn khác. Trong trường hợp đó, bạn thực sự phải có được thông số kỹ thuật, trong đó bao gồm hồ sơ sạc yêu cầu. Nhận sai điều này, đặc biệt là với một số loại lithium, có thể dẫn đến pháo hoa.

Pin là nguồn năng lượng điện và năng lượng này được đặc trưng bởi hai thứ Điện áp (vôn) và Dòng điện (ampe) bây giờ khi bạn nhìn kỹ vào pin (trong trường hợp này là 12V) thì điều đó có nghĩa là pin có thể cung cấp một Chênh lệch tiềm năng tối đa là 12 V giữa các Danh bạ của nó .. cũng có một mức Công suất khả dụng tương tự .. một pin Điện thoại có thể đọc 1300mAh @ 3.2V, có nghĩa là pin có thể cung cấp dòng điện 1300mA trong 1 giờ ở mức 3.2V. Các hóa chất bên trong pin trải qua một số phản ứng và tạo ra sự khác biệt tiềm năng, phản ứng dừng lại ở một Sự khác biệt tiềm năng cụ thể, một điện áp mà trên đó phản ứng không thể tiến hành (trong trường hợp của bạn là 12V) mặc dù nó không ngụ ý rằng pin yếu! khi bạn lấy năng lượng từ pin, bạn cung cấp một cách để các electron này di chuyển ra từ một đầu và đến cực khác, do đó cung cấp một cách để phản ứng xảy ra, phản ứng tiếp tục cho đến khi bất kỳ thiết bị tiêu thụ năng lượng nào được kết nối với các cực và các hóa chất đang được sử dụng hết trong phản ứng. khi pin cạn kiệt, nó được xác định bằng cách giảm điện áp đầu cuối trong trường hợp của bạn, các mức điện áp sẽ giảm xuống dưới mức 12V.

bây giờ đang sạc: trong khi sạc, chúng tôi cung cấp điện áp (trong trường hợp của bạn trở lên), ngược lại, đó là + ve nguồn sạc của bạn để chuyển pin và chuyển nguồn sạc của bạn sang + pin của pin này tạo ra một đường dẫn điện tử ngược chiều với Pin được sạc, điều này đảo ngược phản ứng hóa học (đây là sự khác biệt giữa pin có thể sạc lại và pin không thể sạc lại, sau này không có phản ứng thuận nghịch) và đưa hóa chất vào trạng thái khi chúng được sạc và tạo ra một sự khác biệt tiềm năng của 12V.

theo cách chúng ta đang hoàn nguyên các hóa chất bên trong về trạng thái trước đó, chúng ta sẽ không lưu trữ bất kỳ electron nào bên trong ... cũng dựa trên tốc độ trôi của các electron, các electron từ ổ cắm đến được pin của bạn là điều không thể đã sạc đầy.

Để sạc thực tế, một bộ nguồn tiêu chuẩn có thể phá hủy pin của bạn (nguồn cung cấp điện áp không đổi.)

Thay vào đó, phương pháp đơn giản nhất là sạc nhỏ giọt với dòng điện nhỏ không đổi. Dòng điện chính xác sẽ phụ thuộc vào loại pin và mức dung lượng của nó. (Cũng không gây rối với bộ sạc DIY để phát nổ lithium, sử dụng NiCd hoặc axit chì. Hoặc chỉ cần mua một thiết bị sạc cho bộ sạc Li.)

Tôi đã sạc pin bằng cách sử dụng nguồn cung cấp phòng thí nghiệm với núm quá dòng.

Đặt điện áp cung cấp trên điện áp làm việc của pin (vì vậy, 14V cho điện áp 12 V). Sau đó đặt núm xoay dòng không đổi thành dòng điện cao để sạc nhanh pin có điện áp quá thấp. Khi điện áp pin nhanh chóng tăng lên, dòng điện cao giảm xuống một giá trị nhỏ để sạc nhỏ giọt trong thời gian dài.

Học thuyết:

Một pin là một máy bơm sạc. Nó kéo điện tích qua một thiết bị đầu cuối, bơm qua chính nó, sau đó phun ra qua thiết bị đầu cuối khác. Không có phí bao giờ xây dựng bên trong. Điều này có ý nghĩa, bởi vì chất điện phân pin là một chất dẫn tốt và tất cả các pin hoạt động như "ngắn mạch", với điện trở trong rất thấp. Pin được làm từ vật liệu dẫn điện, và đường dẫn cho dòng điện là qua pin , qua chất điện phân giữa các tấm, sau đó trở lại. Không có phí bao giờ xây dựng bên trong.

Và với máy bơm nước, không có nước tích tụ bên trong: đường dẫn cho dòng điện đi qua và quay trở lại, giống như đối với máy bơm sạc.

Vì vậy, khi chúng tôi "sạc" pin, chúng tôi sẽ không lưu trữ bất kỳ khoản phí nào? Đúng, đúng vậy. Tổng điện tích bên trong pin không bao giờ thay đổi.

Nhưng một cái gì đó không thay đổi. Pin là máy bơm sạc, máy bơm nạp nhiên liệu hóa học. Họ chỉ có thể "chạy" cho đến khi hết nhiên liệu hóa học. Khi nó biến mất, thì hành động bơm dừng lại. Điều đó có nghĩa là pin đèn pin hoàn toàn mới của bạn chứa đầy nhiên liệu hóa học. Và một pin "chết" đã mất nhiên liệu và chỉ chứa các sản phẩm thải, vì vậy chúng tôi gửi nó ra để tái chế và tái chế.

Thế thì "sạc" pin là gì?

Ah, bây giờ chúng tôi đã phát hiện ra một vấn đề với các từ. Pin không bao giờ được "sạc" với điện tích. Chúng chỉ "tích điện" bằng năng lượng, năng lượng dưới dạng nhiên liệu hóa học. Từ "phí" có nhiều hơn một nghĩa. (Và, đại bác được cung cấp một lượng thuốc súng. Một khẩu pháo "được sạc đầy", nó không liên quan đến điện áp hoặc ampe, hoặc thậm chí là coulomb!)

Sạc và xả pin liên quan đến sự chuyển động của "điện tích" năng lượng được đo bằng joules, hoặc watt-giờ, v.v. Không phải coulomb. Bất cứ khi nào một số năng lượng chảy vào pin hoặc hết pin, các coulomb chỉ chảy qua.

Pin sạc làm một cái gì đó rất kỳ lạ. Nếu chúng ta chạy ngược "bơm điện" của họ, ví dụ bằng cách kết nối pin với máy phát điện ... thì các sản phẩm thải sẽ được chuyển đổi trở lại thành nhiên liệu hóa học! Kẽm clorua trong pin đèn pin được chuyển đổi trở lại thành kim loại kẽm. Hoặc, cadmium hydroxide trong pin NiCd của bạn được chuyển đổi trở lại thành kim loại cadmium. Đây là mặt trái của hoạt động pin bình thường, nơi các tấm kim loại cung cấp năng lượng khi chúng hòa tan trong khi "bơm điện" đang hoạt động. Một tấm kim loại có thể cung cấp năng lượng bằng cách ăn mòn. Và nếu chúng ta muốn "tháo gỡ" một tấm kim loại, thì nó sẽ lấy năng lượng từ bên ngoài pin.

Vì vậy, trong quá trình xả pin, bản thân các tấm kim loại là "nhiên liệu hóa học" thúc đẩy hoạt động bơm hiện tại. Các tấm bị ăn mòn khi pin chạy, và kim loại biến thành các chất thải hóa học hòa tan. Để "sạc lại" pin, chúng ta chỉ cần buộc dòng điện theo hướng ngược lại. Các tấm kim loại được mạ điện. Chúng dày lên, lý tưởng trở thành giống như khi mới. Và lý tưởng nhất, nếu tấm kim loại cung cấp một lượng năng lượng nhất định, thì năng lượng tương tự phải được đưa vào pin khi chúng ta hòa tan tấm kim loại. "Sạc" pin đang tháo gỡ tấm kim loại của nó. "Xả" pin đang ăn mòn tấm kim loại của nó để cấp nguồn cho thiết bị bên ngoài.

Pin là máy phát điện đốt kim loại nhỏ, không cần tua bin hơi nước! Nhưng với các nhà máy điện bình thường, nếu chúng ta chạy tua-bin ngược trong khi đẩy khói trở lại lò hơi, nó sẽ không tạo ra bất kỳ than hay dầu mới nào!

Khi phân tích pin theo toán học, mọi thứ trở nên khá dễ dàng để tính toán vì điện áp pin gần như không đổi.

Điều đó có nghĩa là, nếu pin tạo ra một dòng điện biến đổi trong mạch ngoài, nó cũng sẽ gửi năng lượng biến đổi vào mạch đó và tốc độ dòng năng lượng sẽ tỷ lệ thuận với các ampe. Và, tổng năng lượng chứa trong pin sẽ tỷ lệ thuận với điện tích được bơm qua nó. Một coulomb của điện tích bằng một ampe-giây. (Một amp chảy trong một giây có nghĩa là một vòng điện tích đã truyền qua pin.)

Đây có nghĩa là chúng ta có thể (tạm thời) bỏ qua điện áp và sau đó ước tính năng lượng bên trong pin về ampe-giây, amp-giờ, vv (Lưu ý rằng nó amps- lần -seconds, không amps- mỗi -thứ hai.)

Nhưng ... có bất kỳ amps nào được lưu trữ bên trong pin không? Hoặc bất kỳ amp-giờ được lưu trữ? Không. Ampe-giờ (nếu nhân với điện áp không đổi) chỉ là một tốc ký đơn giản hóa cho năng lượng, và năng lượng điện luôn dựa trên điện áp và coulomb. Vì chúng tôi không muốn làm việc với các điện tích của điện tích và thay vào đó là các ampe, và vì điện áp không đổi trong quá trình sạc hoặc xả, ... nên AH ampere-hours trở thành xếp hạng năng lượng chính của chúng tôi. Vâng, nó khá xoắn và khó hiểu.

Năng lượng thực sự là volt-coulomb, giống như volt-amp-giây, tương đương với vôn lần AH lần 3600. Nhưng nếu vôn giữ nguyên và 3600 vẫn giữ nguyên, thì tất cả các thay đổi chỉ xảy ra trong Xếp hạng giờ-amp. Cuối cùng, chúng tôi đánh giá pin trong Ampe-giờ. Tuy nhiên, xếp hạng thực sự đằng sau điều này là: volt, nhân với tổng số coulomb có thể được bơm bằng pin, thông qua pin.

Để tính năng lượng thực tế được lưu trữ, nhân số lần amp-giây. Hoặc, sử dụng amp-giờ lần 3600 giây / giờ, lần vôn. Điều đó mang lại cho chúng ta tổng số năng lượng hóa học được lưu trữ bên trong pin.

Nhưng thật không may, việc sử dụng amp-hours thuyết phục mọi người rằng ampere-hours là một dạng năng lượng hoặc AH được lưu trữ bên trong pin. Hoặc pin được sạc bằng điện, khi thực tế chúng chỉ được sạc bằng các loại năng lượng điện. Sạc điện bên trong pin không bao giờ lớn hơn hoặc nhỏ hơn.