Может ли попытка получить слишком большой ток от щелочных батарей повредить их?

Вы не сможете получить устойчивые 11,5 А от любого известного мне нормального щелочного элемента AA 1,5 В из-за их внутреннего сопротивления, которое обычно составляет около 150 мОм при комнатной температуре.

Самый высокий ток, который вы можете ожидать от такой ячейки, находится в условиях короткого замыкания, когда на ее клеммах появляется 0 В, а вся ее ЭДС ячейки представлена ​​на ее внутреннем сопротивлении. Это будет ток:

В таких условиях вы не можете получить питание от элемента, потому что на его клеммах нет разности потенциалов, поэтому ток короткого замыкания не очень полезная характеристика. Скорее вас будет больше интересовать наибольшая мощность, которую вы можете ожидать от ячейки, когда подключенная нагрузка также имеет сопротивление 150 мОм. В этом случае половина ЭДС (0,75 В) элемента приходится на его собственное внутреннее сопротивление, а остальные 0,75 В — на его клеммы на нагрузку. См. теорему о максимальной передаче мощности . При этом условии ток через нагрузку и соответствующая мощность, подаваемая на нее, составляют:

При последовательном соединении 8 таких элементов максимальная мощность, которую они могут вам предоставить, будет равна$8 \times 3.8 = 30W$, при напряжении$8 \times 0.75V = 6V$.

Сравните это с мощностью, необходимой вашему заглохшему двигателю, чтобы начать вращение:

Другой способ взглянуть на это с точки зрения двигателя. В остановленном состоянии двигатель представляет собой близкое к короткому замыканию аккумуляторную батарею. Можно оценить полное сопротивление обмоток двигателя:

Ваша батарея из 8 элементов имеет общее внутреннее сопротивление:

Схема с заглохшим мотором на этом аккумуляторе выглядит так:

^{смоделируйте эту схему - схема, созданная с помощью CircuitLab}

Этих 5,5 А может хватить, а может и не хватить для запуска двигателя, преодоления трения в двигателе и его механической нагрузки, но это большая просьба к ячейкам.

Насколько нагреется элемент при токе 5,5 А за счет внутреннего сопротивления? Мощность, рассеиваемая в каждой ячейке, будет равна:

Это довольно большая мощность, и возникающий в результате нагрев может легко повредить элемент, если он будет продолжаться более нескольких секунд. Я могу констатировать это только качественно, так как понятия не имею о теплоемкости материалов ячейки, и только вы можете оценить, как долго будут сохраняться такие условия.

Еще одно соображение заключается в том, как долго ячейки могут фактически обеспечивать 5,5 А? Внутреннее сопротивление возрастает по мере разряда элементов, и чтобы получить представление о том, что будет делать 1 Ом на 8 элементах с течением времени, вы должны обратиться к техническому описанию элемента. Техническое описание Duracell содержит ряд графиков, из которых вы можете получить представление о том, чего ожидать от ячейки. Это один из них:

Как вы можете видеть здесь, ячейка может по-прежнему вырабатывать 1 В при нагрузке 1 А примерно через 1 час. Из этого я делаю вывод (очень приблизительно), что внутреннее сопротивление возросло до:

в течение одного часа или, другими словами, со скоростью около 0,5 Ом в час. Я предполагаю, что при увеличении тока в 6 раз внутреннее сопротивление элемента будет расти в 6 раз быстрее, со скоростью 3 Ом в час. Это ужасно неточная оценка, но она, по крайней мере, дает нам некоторое представление. Я также предполагаю, что как только ячейка достигнет 0,2 Ом (увеличение на 0,05 Ом) внутреннего сопротивления, она станет для вас бесполезной, потому что она больше не сможет обеспечить достаточный ток останова для запуска двигателя.

Это дает вам полезный срок службы для этой ячейки:

Конечно, это предполагает постоянное потребление тока более 5А, чего не будет. Опять же, без дополнительной информации, я лечу вслепую, но вы поняли.

Конечно, нормальный рабочий ток двигателя будет либо 0,4 А без нагрузки, либо$\frac{14W}{12V} = 1.2A$при полной нагрузке. Я позволю вам самим разобраться, что это значит для ваших клеток.

Замена элементов AA на элементы D будет иметь большое значение, поскольку они имеют более низкое внутреннее сопротивление и, очевидно, больше энергии. Другой подход, который вы можете использовать, заключается в том, чтобы соединить две батареи по 8 ячеек параллельно, что снизит общее внутреннее сопротивление до 0,4 Ом вдвое по сравнению с тем, что было. Еще лучше, просто используйте несколько последовательно соединенных литий-ионных/полимерных элементов, чтобы получить около 12 В, или одну герметичную свинцово-кислотную батарею на 12 В, обе из которых имеют значительно более низкое внутреннее сопротивление, что сразу решит вашу проблему.

Вот производительность щелочной батареи Duracell AA. При 1 А его напряжение падает очень быстро, а при 2 А на мгновение начинается примерно с 1,1 В:

Щелочные элементы, как правило, не подлежат перезарядке, поэтому, когда они разряжаются, это означает конец их жизни. Подача большого тока значительно сократит их жизнь, но вряд ли сделает что-то большее; они не взорвутся и не загорятся (в отличие от литиевых элементов). Другой вопрос, подходит ли двигатель для короткого замыкания, лучше всего посмотреть техническое описание самого двигателя, но тогда маловероятно, что блок АА будет выдавать больше пары ампер. Клетки C или D будут доставлять больше, но, вероятно, меньше, чем 11A. Также проверьте свой полевой транзистор — с 3,3 В на затворе он может не полностью включиться при большом токе, что приведет к быстрому перегреву. Если вы выберете полевой транзистор с пороговым напряжением около 1 В, все будет в порядке. Вам также понадобится диод свободного хода, так как двигатели в некоторой степени индуктивны и будут генерировать электричество, если они выключены при вращении.

Щелочные элементы имеют только простые режимы отказа при перегрузке. Они одноразовые, поэтому «ущерб» для них точно не определен.

• Они могут перегреться. Чтобы это произошло, вам нужно перегрузить/закоротить их на значительное время (например, на 30 секунд). Результатом может быть утечка и/или выделение газа с весьма ограниченной вероятностью возгорания.

• Их напряжение может (на короткое время) упасть ниже, чем допускает ваша схема управления. Распространенная проблема, когда вы пытаетесь запустить двигатель, который сильно тянет при запуске. Простая комбинация диода и конденсатора может защитить вашу схему управления от переходных падений напряжения.

• Они могут сильно отставать. Для элемента AA вы можете получить, скажем, 2 Ач при нагрузке 0,5 А и что-то вроде 0,3 Ач при нагрузке 1,5 А.

ps имейте в виду, что разные алкалиновые элементы имеют совершенно разные свойства в отношении больших токов, в зависимости от марки, модели, времени хранения и температуры. Даже разные партии могут вести себя по-разному.

Реальный жизненный опыт: при сборке большого батарейного блока (возможно, 50 элементов) с щелочными батареями типа АА произошло короткое замыкание. В центре аккумуляторной батареи выделялось достаточно тепла, из-за чего батареи вентилировались и выделялась зеленая слизь. К счастью, рядом было полотенце, позволяющее выбросить сборку на улицу. Нужно проветрить комнату в течение часа.

Чтобы ответить на ваш вопрос, это зависит от того, как устроен ваш аккумулятор. Большой ток может создать неприятную ситуацию, если ячейки будут окружать друг друга.

Для такого тока вам лучше использовать свинцово-кислотные (гелевые, автомобильные или мотоциклетные аккумуляторы) или аккумуляторы LiPo, все перезаряжаемые. Щелочные батареи не подходят для вашего приложения из-за текущих требований и стоимости (если это не разовый эксперимент).

500 мА - это много для батарей типа АА, они не дадут оптимальной производительности.

Однако ток останова 14 А не является проблемой, если переключатели и проводка соответствуют поставленной задаче. AA дадут все, что могут, и двигатель будет раскручиваться на доступном токе, пока его тяга не уменьшится до чего-то более разумного.