Akumulátor pro elektronické stavebnice

Před 20 až 40 lety se na trhu objevila řada elektronických stavebnic pro mladé zájemce o elektrotechniku. Příkladem může být například:

nebo:

Možná něco podobného máte doma a občas (zůstalo-li to použitelné) si s tím hrají vaše děti či vnuci. Společným jmenovatelem mnoha těchto stavebnic je použití "ploché baterie 4,5 V" pro jejich napájení. Protože tyto baterie jsou již hůře dostupné a také nepatří mezi nejlevnější, je na místě uvažovat o jejich náhradě. V tomto textu najdete jednu z možností, jak náhradní zdroj zajistit.

Požadavky na zdroj

• Napájení ve formě akumulátoru, který je možné dobíjet.
• Napětí odpovídající 4,5 V baterii.
• Odolnost proti zkratu.
• Dostatečný výstupní proud (alespoň 0,5 A).

Dosažené parametry:

Schéma akumulátoru

Pro náš účel bychom mohli použít různé typy akumulátorových článků, které jsou dostupné na trhu. Každý z nich má své výhody a nevýhody. My zvolíme jako náhradu 4,5 V baterie akumulátor složený ze čtyř kusů NiMH nebo NiCd článků. Získáme tím zdroj o nominálním napětí 4,8 V. Samotné NiMH nebo NiCd akumulátory jsou poměrně tvrdý zdroj napětí. Při dětských pokusech nebude asi nouze o občasný zkrat zdroje. Aby nedocházelo k jiskrovým či tepelným efektům, bude potřeba zdroj změkčit a doplnit o pojistku.

Jeden z požadavků na pojistku byl, aby se pojistka nemusela po každém zkratu měnit. To vyloučilo použití běžných tavných pojistek. Pro co nejjednodušší zapojení obvodové řešení a nulový odběr jistícího obvodu v klidovém stavu byla zvolena pojistka typu Polyswitch. Jde vlastně o termistor s kladným teplotním koeficientem, který se nadměrným proudem zahřeje a přitom zvětší svůj odpor. Tím dojde k omezení protékajícího proudu.

Protože k prohřátí těla pojistky nedojde okamžitě, má tento typ pojistek principiálně zpožděnou reakci na zkrat. Aby se ještě více omezila proudová špička při zkratu a vlastnosti akumulátoru se podobaly zinkouhlíkové baterii 4,5 V, je výstup připojen ještě přes rezistor s odporem 1 Ω. Klidový odpor pojistky R2 a rezistor R1 omezí špičku při zkratu na méně než 3 A.

Postup stavby

Pro akumulátor můžeme zvolit vhodně velkou dostupnou plastovou krabičku. U vzorku na obrázku byla použita krabička ABS22-GRY. V ní stačí vyštípnout kleštěmi několik sloupků a blok složený ze čtyř článků velikosti AA se tam pohodlně vejde. Upevnění akumulátorů do krabičky provedeme tavnou pistolí a přiměřeným množstvím lepidla.

Ve zbývající volné části přišroubujeme do otvorů v krabičce dvě zdířky a mezi vodiče z akumulátorového bloku a zdířku připájíme pojistku (resp. rezistor). Hotový akumulátor zabudovaný do uvedené krabičky bude vypadat jako na následujícím obrázku.

Použití akumulátoru

Akumulátor se musí dobíjet proudem nižším než je 0,5 A, jinak by zabrala vnitřní pojistka. Doporučuji volit nabíjení proudem 0,1 C (proud odpovídající 1/10 kapacity) podle použitých článků.

Na následujícím obrázku je vidět rychlost reakce proudové pojistky. Proud byl snímán na rezistoru 0,15 Ω. Po úvodním zapnutí zátěže asi 0,5 A (odpovídá úbytku necelých 80 mV na snímacím rezistoru došlo v páté sekundě ke zkratu. Proud špičkově vzrostl na cca 2,5 A a pak zabrala pojistka. Během dalších pěti sekund poklesl proud na 0,2 A. Lze odhadnout jeho ustálení pod 0,2 A.

Je jasné, že dlouhodobý zkrat by akumulátor plně vybil. Zkrat po kratší dobu (jednotky hodin) by mohl vydržet bez úplného vybití. Proto je dobré občas se na stavebnici a její akumulátor podívat a provést případné záchranné akce...

Závěr

Jednoduchý zdroj pro dětské pokusy, který po kratší dobu vydrží horší zacházení, dokáže vyrobit i člověk bez větších znalostí elektrotechniky. Budete-li se o něj starat pravidelným nabíjením, přinese ekonomickou výhodu v ušetřených penězích a ekologický přístup k životnímu prostředí.

Použitá literatura