divendres, 21 de novembre de 2008

Carregador de piles alcalines (II)

En aquest nou article reprendré el tema començat ja fa temps sobre la recàrrega de piles alcalines, que va acabar amb la publicació d'un circuit electrònic capaç de restaurar energia a la pila a través de fer passar corrent alterna per aquesta. Calia, doncs, comprovar experimentalment que aquest dispositiu funcionava correctament i podia restaurar un determinat nivell de càrrega, que hauria de ser determinat experimentalment donada la falta d'expressions teòriques que descriguen aquest fenomen.

Els resultats de les proves han sigut satisfactoris, i mitjançant l'anàlisi de les dades obtingudes he pogut traure una relació entre el temps de càrrega i el potencial restaurat a la pila. Cal esmentar en aquest punt de l'article que identificarem el potencial de la pila amb el nivell de càrrega d'aquesta. Per tal d'establir un punt de referència, una pila alcalina estàndard té un potencial aproximat de 1,65-1,70 V a l'inici de la seva vida, 1,45-1,55 V durant el seu cicle de descàrrega i uns 0,9 V en el seu punt de màxima descàrrega. Aquest potencial no varia linealment, sinò que segueix una relació com la mostrada en la gràfica següent:

Quan carreguem una pila, el potencial va augmentant, en un primer moment ràpidament, i després més lentament fins assolir un nivell límit. En el moment en què desconnectem la pila del carregador, aquesta comença a disminuir el seu potencial per reaccions secundàries. El meu objectiu en aquesta fase era averiguar com era aquesta corba de descàrrega per a una pila alcalina que havia estat connectada a l'aparell carregador mostrat en aquesta plana, amb l'objectiu d'implantar un limitador de potencial de càrrega que faci acabar la càrrega quan la pila assolisca determinat nivell de potencial.

Els resultats provisionals han sigut els següents:

- La corba de descàrrega d'una pila AA recarregada té aquest aspecte (podeu ampliar-la si cliqueu damunt) :Com es pot observar, es tracta d'una curva de caràcter exponencial, que tendix a un valor mínim per a temps elevats, on els valors corresponen al potencial de la pila un cert temps després de la desconnexió. A partir de les 12-15 hores, podem considerar que la pila ha assolit el valor final de potencial, i la seua descàrrega serà molt més lenta que en la fase de pèrdua inicial. Sabent la descàrrega que patix una pila es pot programar el carregador per a que acabe la fase de càrrega quan la bateria assolisca el valor de potencial màxim més el valor de la posterior descàrrega, fent el procés de càrrega automàtic i eliminant les complicacions de temps associades.

(Actualització dia 5/12/2008):

Ja he acabat la presa de dades sobre la corba de càrrega, i com podreu apreciar, té una forma complexa. Hi ha representades dos corbes que corresponen a dos piles AA del mateix fabricant que es van carregar al mateix temps des de potencials inicials diferents. La gràfica mostra que el carregador tendix a igualar les tensions de les piles a llarg termini, i que el potencial puja molt ràpidament als minuts inicials, però posteriorment aquesta taxa de creixement del potencial es fa menor i va descendint quasi linealment.

Aquí us deixo la gràfica:Futures investigacions: La pròxima prova consistirà en comprovar experimentalment quanta càrrega admet una pila que s'ha deixat al carregador per un temps determinat. Segons he estat consultant en Internet, aquesta prova consistix en descarregar la pila a través d'una resistència i medir la corrent que circula, per a posteriorment representar-la front al temps. Si les unitats de corrent són mA i el temps està en hores, el resultat de l'integral de la funció respecte al temps de descàrrega resulta ser l'energia acumulada a la pila.

(Actualització II, dia 18/12/2008)

Després de prendre mesures de la intensitat de descàrrega d'una pila alcalina tipus AA recarregada usant el carregador mostrat en planes anteriors front al temps, he representat aquestes dades i la gràfica resultant és la següent:

Si calculem l'àrea baix la corba de la funció representada mitjançant una integral el resultat serà l'energia restaurada a la pila en la fase de càrrega. Sabent aquesta dada, podem optimitzar el disseny del carregador de forma que aquesta energia restaurada siga màxima en el menor temps i minimitzant els riscos potencials. En el cas d'aquesta pila, l'energia restaurada va ser d'uns 1300 mAh, xifra que representa un 60-65% de l'emmagatzemada per una pila alcalina AA nova, i considerant que el potencial d'inici de la descàrrega era menor que el d'una pila comercial, el resultat és molt satisfactori. Recorde que aquesta pila ha passat per un procés de recàrrega de 14 hores de duració, amb un període de repòs de 24 hores abans de realitzar el test de descàrrega.

Pel moment és tot, recordeu tornar a visitar aquest article, ja que aniré actualitzant-lo quan tinga més informació sobre el tema.

3 comentaris:

Unknown ha dit...

m'alegre de que els resultats hagen estat satisfactoris. L'article de les piles alcalines és un dels més interessants del blog des del meu punt de vista. Esperem noves actualitzacions mestre ¡¡¡¡¡

Unknown ha dit...

la gràfica inferior pareix que seguix una trajectoria més ben definida que la superior, la de dalt hi ha un moment al final que pega un baixò prou considerable, de totes formes, des del meu punt de vista, aquestes gràfiques poden donar a entendre que si que hi ha una mena de relació i que es podria plasmar en una ecuació segurament, sols que deu ser complicada de determinar... esperem actualitzacions mestre ¡¡¡¡

Axel ha dit...

La gràfica de potencial de la pila front al temps de càrrega pareix que seguix algun tipus de relació matemàtica complexa, possiblement una funció definida a trossos, encara que caldria investigar més en aquest tema per tal d'afirmar-ho.
Pel moment, estic experimentant per tal d'averiguar l'energia que poden acumular les piles durant el procés de càrrega pel mètode que he descrit a l'article, i en poc de temps tindreu el resultat en una actualització d'aquest.