Parunāsim par ampēriem un voltiem
Lielākā daļa cilvēku šos divus rādītājus sev izskaidro pavisam vienkārši: volti parāda, cik daudz jaudas ir akumulatoram (vai instrumentam ar akumulatoru), bet ampērstundas pasaka, cik ilgi ar to var strādāt. Un kopumā tas ir diezgan precīzi. Tomēr tieši šīs mērvienības nosaka akumulatorā uzkrātās enerģijas kopējo apjomu, ko mēra vatstundās. To var aprēķināt, sareizinot voltus ar ampērstundām: V x Ah = Wh. Daudziem akumulatoriem vatstundas ir norādītas arī uz korpusa apakšas — jo vairāk Wh, jo lielāks akumulatora enerģijas potenciāls. Jautājums ir tikai par to, kā to izmantot.
Kā iegūst lielāku akumulatora spriegumu?
Katrs tradicionāls instrumenta akumulators sastāv no savstarpēji savienotiem mazākiem akumulatora elementiem, kas pēc izskata atgādina AA baterijas, un lielākoties instrumentu akumulatoru ražotāji izmanto 3.6 V elementus. Bet kā tad urbjmašīnā var ievietot 12 V akumulatoru, ja katrs elements uz voltmetra rāda tikai 3.6 V? Noslēpums ir pareizā elementu savienošanā — trīs elementi tiek savienoti virknē, un spriegums trīskāršojas. Ja vajadzīgs 18 V akumulators, virknē savieno 5 elementus, un spriegums pieckāršojas.
Te kaut kas neiet kopā — 3.6 V x 3 = 10.8 V, nevis 12 V. Kāpēc? Akumulatora elementu spriegums nedaudz mainās atkarībā no tā, cik tie ir uzlādēti. Uzlādes laikā pieaug arī katra atsevišķā elementa spriegums, un šie paši 3.6 V elementi, būdami pilnībā uzlādēti, spēj nodrošināt nedaudz vairāk par 4 V.
Būtībā ar katru papildus virknē pievienotu akumulatora elementu kopējo akumulatora spriegumu var palielināt apmēram par 4 V. Teorētiski varētu izgatavot instrumentus ar 12 V, 16 V, 20 V, 24 V utt. akumulatora spriegumu. Par laimi, elektrisko rokas instrumentu jomā ražotāji lielākoties ir palikuši pie 10.8 V/12 V, 18 V/24 V un 36 V klasēm, bet vēl lielākus akumulatorus izmanto, piemēram, dārza tehnikā.
Kā iegūst lielāku akumulatora ietilpību?
Akumulatora ampērstundas parāda, cik daudz ampēru akumulators spēj atdot vienas stundas laikā. No 3.0 Ah akumulatora vienas stundas laikā var iegūt 3 A, no 5.0 Ah akumulatora — 5 A utt. Atšķirībā no akumulatora sprieguma ampērstundas nav pilnīgi fiksēta vērtība, jo, ņemot no akumulatora mazāku strāvu, var iegūt ilgāku darbības laiku, un otrādi. Ja no 5.0 Ah akumulatora ņem 5 ampērus, ar to var strādāt vienu stundu; ja ņem 2.5 ampērus, var strādāt 2 stundas; bet, ja no tā paša akumulatora ņem 10 ampērus, darbības laiks būs pusstunda — tas viss darbojas lineāri.
Lielākā daļa akumulatora elementu uzkrāj 2.0 Ah. Ja, piemēram, 3 elementi tiek savienoti virknē, iegūstam 12 V akumulatoru, bet ampērstundas paliek tādas pašas (t. i., 2.0 Ah). Ja šos pašus (3.6 V, 2.0 Ah) elementus savieno paralēli, iegūstam 3.6 V akumulatoru (pilnībā uzlādētu — 4.0 V), bet ar 6.0 Ah ietilpību.
Volti un ampēri darbojas kopā
Taču galalietotājam vajag abus — pietiekami lielu spriegumu, lai akumulatoram būtu jauda motoram, un arī pietiekamu ampērstundu rezervi, lai akumulators nebūtu jālādē ik pēc 20 minūtēm. Lai pilnībā neupurētu vienu priekšrocību otras dēļ, 5 elementi tiek savienoti virknē, lai iegūtu vajadzīgos 20 V, un tiem paralēli pievieno vēl 5 elementus, lai iegūtu 4.0 Ah. Savukārt, ja visi iepriekš minētā akumulatora elementi tiktu savienoti virknē, iegūtu 40 V, 2.0 Ah akumulatoru.
Atgriežoties pie vatstundām — neatkarīgi no tā, kā viena akumulatora elementi tiek savienoti, gala rezultātā iegūst to pašu skaitli. Šajā gadījumā: 40 V x 2 Ah = 80 Wh.
Citi faktori
Līdz šim runājām tikai par teoriju, taču, ja vienādojumam pievieno arī reālos darba apstākļus — piemēram, augstu un zemu temperatūru, vibrāciju, nepārtrauktas izmaiņas akumulatora ķīmijā utt. — kļūst skaidrs, ka praksē no akumulatora iegūstam ievērojami mazāk voltu un ampēru nekā ideālos apstākļos. Tāpēc daudzi ražotāji, lai nepārvērtētu klientu gaidas, piemēram, ideālos apstākļos 20 V akumulatoru marķē kā 18V, bet 16 V akumulatoru — kā 14.4V utt.
Akumulatoru attīstība
Bet kā ražotāji var izstrādāt un laist tirgū akumulatorus ar gandrīz tādiem pašiem izmēriem un svaru, bet ar ilgāku darbības laiku, ja sprieguma vai ietilpības palielināšanai parasti vajadzētu vienkārši savienot vairāk elementu? Viens variants ir palielināt Ah vērtību, eksperimentējot ar elementu ķīmisko sastāvu. Līdz ar to mainās arī akumulatora elementu fizikālās un ķīmiskās īpašības, piemēram, samazinās pretestība, šķietamā pretestība utt. Rezultātā akumulators ar to pašu spriegumu pēkšņi piedāvā nevis 3.0 Ah, bet jau 4.0 Ah, un pēc kāda laika — 5.0 Ah utt.
Otrs variants ir labāk pasargāt akumulatoru no ārējās ietekmes. To var panākt, piemēram, ar gumijas starplikām, kas atdala elementus citu no cita un samazina no instrumenta radīto vibrāciju, vai ar gudri izstrādātu dzesēšanas radiatoru, kas efektīvāk novada radušos siltumu. Papildus tam nepārtraukti tiek attīstīta arī viedā elektronika, kas sazinās ar akumulatoru un instrumentu un tādējādi palīdz taupīt strāvu.
Tā kā dažādi ražotāji savos akumulatoros izmanto atšķirīgus elementus, elektroniku un materiālus, ar kuriem tos pasargā no ārējās ietekmes, ir redzamas arī skaidras atšķirības līdzīgu rādītāju akumulatoru veiktspējā. Savukārt ampēru vai voltu palielināšana pati par sevi lielā mērā ir tikai elementu pārslēgšanas jautājums, un praktiskā līmenī lietotājs to var uztvert vienkārši: vairāk voltu nozīmē lielāku jaudu, bet vairāk ampēru — ilgāku darbības laiku ar vienu uzlādi.