Pakalbėkime apie amperus ir voltus

Dauguma žmonių šiuos du rodiklius sau aiškina paprastai: voltai parodo, kiek galios turi akumuliatorius (arba akumuliatoriumi maitinamas įrankis), o ampervalandės nusako, kiek laiko su juo galima dirbti. Ir toks paaiškinimas iš esmės yra teisingas. Vis dėlto būtent šie matavimo vienetai apibrėžia bendrą akumuliatoriuje sukauptos energijos kiekį, kuris matuojamas vatvalandėmis. Jį galima apskaičiuoti labai paprastai: V x Ah = Wh. Ant daugelio akumuliatorių vatvalandžių reikšmė nurodyta ir ant korpuso apačios — kuo didesnis Wh skaičius, tuo didesnis akumuliatoriaus energijos rezervas. Lieka tik suprasti, kaip tai veikia praktiškai.

Kaip gaunama didesnė akumuliatoriaus įtampa?

Kiekvienas įprastas elektrinio įrankio akumuliatorius sudarytas iš tarpusavyje sujungtų mažesnių elementų, iš išvaizdos panašių į AA tipo baterijas. Dažniausiai įrankių gamintojai naudoja 3,6 V įtampos akumuliatoriaus elementus. Tuomet kyla klausimas: kaip į smūginį gręžtuvą dedamas 12 V akumuliatorius, jei jo elementai voltmetre rodo tik 3,6 V? Atsakymas paprastas — viską lemia sujungimas. Trys elementai sujungiami nuosekliai, ir įtampa padidėja tris kartus. Reikia 18 V akumuliatoriaus? Tuomet nuosekliai sujungiami 5 elementai, ir įtampa padidėja penkis kartus.

Tačiau čia lyg ir kažkas nesutampa — 3,6 V x 3 = 10,8 V, o ne 12 V. Kodėl? Akumuliatoriaus elementų įtampa šiek tiek kinta priklausomai nuo jų įkrovos lygio. Kraunant akumuliatorių, didėja ir kiekvieno atskiro elemento įtampa, todėl tie patys 3,6 V elementai, visiškai įkrauti, gali atiduoti šiek tiek daugiau nei 4 V.

Iš esmės kiekvienas papildomas nuosekliai prijungtas akumuliatoriaus elementas padidina bendrą akumuliatoriaus įtampą maždaug 4 V. Teoriškai būtų galima gaminti 12 V, 16 V, 20 V, 24 V ir kitokios įtampos įrankius. Laimei, elektrinių rankinių įrankių gamintojai dažniausiai laikosi 10,8 V/12 V, 18 V/24 V ir 36 V ribų, o didesnės įtampos akumuliatoriai dažniau naudojami, pavyzdžiui, sodo technikoje. 

Kaip gaunama didesnė akumuliatoriaus talpa?

Akumuliatoriaus ampervalandės rodo, kiek amperų jis gali atiduoti per vieną valandą. Iš 3,0 Ah akumuliatoriaus per valandą galima gauti 3 A, iš 5,0 Ah akumuliatoriaus — 5 A ir t. t. Tačiau, skirtingai nei įtampa, ampervalandės nėra visiškai fiksuota reikšmė, nes mažesnė srovės apkrova leidžia dirbti ilgiau, o didesnė — trumpiau. Jei iš 5,0 Ah akumuliatoriaus imsite 5 A, juo galėsite dirbti vieną valandą. Jei imsite 2,5 A, darbo laikas pailgės iki 2 valandų. Jei iš to paties akumuliatoriaus imsite 10 A, jo pakaks maždaug pusvalandžiui — tai veikia tiesiškai.

Daugumos akumuliatoriaus elementų talpa siekia 2,0 Ah. Jei, pavyzdžiui, 3 elementus sujungsime nuosekliai, gausime 12 V akumuliatorių, tačiau ampervalandžių reikšmė liks tokia pati — 2,0 Ah. O jei tuos pačius 3,6 V ir 2,0 Ah elementus sujungsime lygiagrečiai, gausime 3,6 V akumuliatorių (visiškai įkrautą — 4,0 V), bet jau 6,0 Ah talpos.

 

 

 

Voltai ir amperai veikia kartu

Galutiniam naudotojui reikia abiejų dalykų — pakankamos įtampos, kad akumuliatorius galėtų sukti variklį, ir pakankamos talpos, kad jo nereikėtų krauti kas 20 minučių. Kad viena savybė nebūtų paaukota dėl kitos, 5 elementai sujungiami nuosekliai ir taip gaunami pageidaujami 20 V, o šalia jų lygiagrečiai prijungiami dar 5 elementai, kad talpa padidėtų iki 4,0 Ah. Jei visi tokio akumuliatoriaus elementai būtų sujungti tik nuosekliai, gautume jau 40 V įtampą, bet tik 2,0 Ah talpą.

Grįžtant prie vatvalandžių — nesvarbu, kaip sujungsite to paties akumuliatoriaus elementus, galutinis skaičius išliks toks pats. Šiuo atveju: 40 V x 2 Ah = 80 Wh.

Kiti veiksniai

Iki šiol kalbėjome tik apie teoriją, tačiau realiomis darbo sąlygomis neišvengiamai prisideda ir kiti veiksniai — aukšta ar žema temperatūra, vibracija, nuolat kintanti akumuliatoriaus chemija ir panašiai. Dėl to praktiškai iš akumuliatoriaus gauname mažiau voltų ir amperų, nei būtų įmanoma idealiomis sąlygomis. Būtent todėl daugelis gamintojų, kad vartotojų lūkesčiai būtų realistiški, pavyzdžiui, idealiomis sąlygomis 20 V siekiantį akumuliatorių žymi kaip 18V, o 16 V akumuliatorių — kaip 14.4V ir t. t.

Akumuliatorių vystymas

Kaip gamintojams pavyksta kurti ir pateikti rinkai praktiškai tokio pat dydžio bei svorio, bet ilgiau veikiančius akumuliatorius, jei didesnei įtampai ar talpai, atrodytų, tiesiog reikia daugiau elementų? Vienas kelias — didinti Ah reikšmę, tai yra tobulinti akumuliatoriaus elementų cheminę sudėtį. Keičiantis chemijai, keičiasi ir fizinės bei elektrinės savybės, pavyzdžiui, mažėja varža, reaktyvioji varža ir panašiai. Dėl to tas pats įtampos lygis po kurio laiko leidžia gauti nebe 3,0 Ah, o 4,0 Ah, vėliau — jau 5,0 Ah ir t. t.

Kitas kelias — geriau apsaugoti akumuliatorių nuo išorinio poveikio. Tai galima padaryti, pavyzdžiui, naudojant gumines įvores, kurios atskiria elementus vieną nuo kito ir sumažina nuo įrankio perduodamą vibraciją, arba sumaniai suprojektuotą aušinimo radiatorių, kuris efektyviau išsklaido susidarančią šilumą. Be to, nuolat tobulinama ir išmanioji elektronika, kuri bendrauja su akumuliatoriumi bei įrankiu ir taip padeda taupyti energiją. 

Kadangi skirtingi gamintojai savo akumuliatoriuose naudoja skirtingus elementus, elektroniką ir medžiagas, skirtas apsaugoti juos nuo išorinių veiksnių, net ir panašių parametrų akumuliatorių veikimas gali akivaizdžiai skirtis. Tačiau vien voltų ar amperų didinimas tėra elementų sujungimo klausimas, todėl praktiškai viską galima suprasti paprastai: daugiau voltų reiškia daugiau galios, o daugiau ampervalandžių — ilgesnį darbo laiką vienu įkrovimu.