Akumulátory NiCd/NiMh a LiIon/LiPol

V dnešní době téměř nenajdeme věc či zařízení,která by se obešla bez akumulátorů-ať již mobilní telefony,osobní přehrávače,notebooky,hračky atd.Každý ví že tyto akumulátory se musejí nabíjet,ale málokdo ví ,jak nato,aby nám články vydrželi alespoň pár cyklů.V mobilních telefonech se o toto stará elektronika,ale například u digitálního fotoaparátu takováto elektronika není-co tedy a hlavně jak se pokusím osvětlit v tomto článku.Jelikož se zajímám o modelářství,používám akumulátory téměř denně-většina rad jsou praxí ověřené rady nejenom moje,ale i ostatních kolegů modelářů.Modeláři se snaží využít své akumulátory na maximum,proto se snaží o své akumulátory starat tak,aby vydržely co nejdéle.Důležité a základní informace jsou zvýrazněné.

NiCd - velice rozšířené pro svoji nenáročnost,postupně nahrazovány NiMh a dalšími typy akku-obsahují jedovaté cadmium.

-Jmenovité napětí 1,2V

-Nevybíjet pod 0,8V/1 článek

-Nabíjejí se zdrojem proudu. Automatické nabíječky nabíjejí pulzním nebo konstantním proudem atd.Jednoduché nabíječky konstatntím proudem-velikost podle typu akku

-Delší skladování je lepší ve vybitém stavu na napětí 0,9V.Dobré je umístit do chladničky(zpomalují se chemické procesy uvnitř článku).

-Dobré je provést jednou za 2-3 měsíce skladování cyklus Nab/Vyb.

-Mají nižší samovybíjení než NiMh - 0,6 - 1,5% za den (rapidně stoupá s teplotou článku)

NiMh - jejich masivnějšímu rozšíření zabránily modernější LiIon,LiPol akumulátory a některé jejich nevýhody.

-Jmenovité napětí 1,2V

-Nevybíjet pod 0,8V/1 článek

-Nabíjejí se zdrojem proudu-velikost podle typu akku

-Tyto články je potřeba skladovat nabité a jednou za měsíc provést cyklus Vyb/Nab

-Háklivé na teplotu při nabíjení max.42°C ! Nad 36°C rapidně snižuje životnost článku

-Vyšší samovybíjení než NiCd - 1,5 - 4% za den (rapidně stoupá s teplotou článku)

LiIon,LiPol - v současné době nejmodernější zdroj elektrické energie,který v sobě skrývá velký potenciál.Hlavní výhodou je vysoká kapacita při velmi malé váze.Hlavním rozdílem oproti výše jmenovaným akumulátorům je fakt že se nabíjí jiným způsobem-tudíž je třeba odlišná nabíječka-nelze tedy nabíjet nabíječkou na NiCd/NiMh akumulátory LiIon/LiPol.

-Jmenovité napětí je 3,7V/1článek (starší typu akku 3,6V)

-Nesmí se vybít pod 2,8V/1článek!!! (pokud výrobce nedovolí hranici 2,5V/1čl.)

-Nesmí se přebít nad 4,2V/1článek!!!

-Nabíjecí proud typicky kolem 0,7C -modernější články umožňují více

-Články je nutné chránit před vysokou teplotou,přebíjení,přílišnému vybíjení!!!!!

-Články je možné spojovat jak paralelně,tak sériově-pouze je nutné dodržet pár základních rad-stejně staré,o stejném napětí a o stejné kapacitě a druhu.

-Články nemají paměťoví efekt,lze je kdykoliv nabít.

-Mají velice malé samovybíjení.

-Skladují se nabité!!!

-Životnost mají cca 200-400 cyklů,velice záleží na vybíjecích proudech a teplotě baterie.Článkům postupně ubývá kapacita

Vzhledem k principu nabíjení článků na konečné napětí, je nabíjecí kapacita článku značně závislá na tomto napětí. Dle měření p.Zajíce je to zhruba 10% na 0,1V.Při překročení směrem nahoru je již značné nebezpečí, že zvýšeným tlakem v článku vypne pojistka a dojde ke zničení článku.

Základem je správně rozlišit druh použitých akumulátorů a tím pádem jejich potřeby.

Co tedy s novými akumulátory?

NiCd/NiMh - Nové články se musí formovat.Formování je proces při němž dochází k srovnání parametrů článků na pokud možno stejnou úroveň.Toto formování se provádí za pomocí malého proudu - 1/10C po dobu 14-16hod. Ta doba není kritická.Důležitější je nabíjet pokaždé pokud možno stejně (tz. 1/10 z udávané kapacity akumulátorů-Př: akumulátor o kapacitě 1500mAh se bude nabíjet proudem 150mAh po dobu 14 hodin-14hod. proto,že při nabíjení dochází ke ztrátám).Z toho vyplývá že na toto nelze použít nabíječky s automatikou-tyto nabíječky nabíjejí pomocí nabíjecích algoritmů a vyhodnocování ukončení nabíjení probíhá např. pomocí Delta Peak,inflexním bodem,teplotou.

Pokud tedy máme nabito,začneme vybíjet.Opět je nejlepší zvolit vybíjecí proud 1/10C.Pokud máme možnost,měříme odebranou kapacitu-ta se nám bude hodit k určení konce formování.Pokud nemáme možnost měřit kapacitu,měříme aspoň čas vybíjení-lze pak pomocí proudu a doby spočítat odebranou kapacitu.

Cyklus Nab/Vyb provádíme tak dlouho,dokud odebraná kapacita vzrůstá,pokud již nevzrůstá,pak jsme formování provedli a není již nutné v něm pokračovat.Typicky je to kolem cca 2-3 cyklech-záleží na typech akku.

Pro toto formování používám tento formovací přípravek: http://web.quick.cz/PetrLBC/formovadlo.htm

K měření kapacity odebrané při vybíjení jsem zkonstruoval toto: http://web.quick.cz/PetrLBC/jelinek.htm

LiIon/LiPol - Tyto články není nutné podle dosavadních zkušeností formovat.Je ale nutné tyto články napěťově srovnat-pokud články spojíme do sady,je toto vyrovnání životně důležité.Ještě jedno upozornění,pokud používáte LiIon/LiPol články,tak měření nelze provádět běžnými měřáky za 200kč-důležitá je přesnost měřidla!Tyto články jsou háklivé na +/- 1/10V!Pokud dojde k jeho přebíjení nebo vybíjení pod stanovenou mez,článek se zničí,v horším případě vybouchne-a to opravdu silně!

Pokud máme sadu spojenou do série,velice doporučuji omezovač napětí LiIon/LiPol od p.Zajíce - více na www.zajic.cz - tento omezovač nám zajistí rovnoměrné nabití článků v sérii a nedovolí jejich rozhození během nabíjeni-tím zvyšuje životnost a hlavně bezpečnost.

Nabíjení akumulátorů

NiCd/NiMh - Nejprve je nutné si ujasnit k jakému účelu články zamýšlíme a podle toho se rozhodnout pro nabíječku.Př: pokud potřebuji baterie do dálkového ovladače,požaduji po nich nízké samovybíjení,naopak nepotřebuji vysoký proud-tudíž zvolím pomalé nabíjení,po němž články trpí menším samovybíjením,ale nedají vysoký proud.Pokud naopak požaduji vysoký proud-pohone akku,ale i digitální fotoaparát si ve špičkách při nabíjení blesku vezme své,použiji rychlonabíjení-to je závislé na typu akku a obvykle je od 0,5C výše.Musím se zastavit nad digitálním fotoaparátem.Je pravda,jak jsem psal výše,že nabíjení fotoaparátu je zátěž pro baterie velká,ale na druhou stranu musím podotknout že baterie v DF by měli mít nízké samovybíjení-tomu nejlépe odpovídá nabíjení 1/10C..Tak a teď si vyberte..Já osobně používám rychlonabíjení,ale znám pár kolegů,kteří volí metodu pomalého nabíjení.Výběr tedy záleží na Vás.

Nabíjení lze rozdělit do třech skupin-Pomalé nabíjení (1/10 C)

Zrychlené nabíjení (1/3 - 1/5 C)

Rychlé nabíjení (1 - 2 C -vývoj pokračuje dále ke

zvyšování nabíjecích proudů)

Dnes je na trhu mnoho nabíječek,které se liší jak cenou,tak také,a o to nám půjde především,způsobem nabíjení.Pro NiCd/NiMh články je využíváno několik metod nabíjení.

Jednoznačně nejjednodušší je nabíjení konstantním proudem po určitou dobu.Jedná se o pomalé nabíjení, nelze použít pro rychlonabíjení-hrozí poškození článků .Čas je nutné zvolit vzhledem ke kapacitě akumulátoru a nabíjecím proudu. - doba nabíjení je tedy T= (120% x C)/ Inab kdy do článku dodáme 120% kapacity (20% je na ztráty - tento vzorec platí pro zcela vybitý článek!)Jednoduché zapojení najdete na: www.modelar.quip.cz

Které plně vyhovuje jak pro formování,tak pro běžné nabíjení.Bohužel u takto jednoduchého nabíječe je nutné hlídat čas a vypnout ručně,nebo za pomocí spínacích hodin prodávaných v baumaxech,obi apod.Nemusíte se bát,že pokud nestihnete včas odpojit baterii poškodíte jí,mírné přebíjení 1/10C akumulátorům neuškodí.Pokud máte trochu zkušenosti s elektronikou a sem tam si něco zbastlíte tak toto formovadlo slouží jako perfektní nabíječka/vybíječka akku více na: http://web.quick.cz/PetrLBC/formovadlo.htm

Dalším možné způsoby ukončení nabíjení u rychlonabíječek jsou:

DeltaPeak .Tyto nabíječky využívají křivku charakteristiky nabíjení,kdy ke konci,kdy je článek nabit dochází k přeměně dodávané energie na energii tepelnou a napětí začíná nepatrně klesat-tento úbytek napětí se měří a vyhodnocuje.Pokud překročí nastavenou mez,nabíjení je ukončeno. Podle typu nabíječky a také akumulátorů je vhodné vybrat správnou velikost proudu, na Dp nemusí zareagovat některé typy akku při malém nabíjecím proudu, např. některé NiMh a proud 0,3C. Tohle je třeba vyzkoušet . U těchto nabíječek je důležité rozdělení na NiCd/NiMh,protože NiMh mají trošku jinou závislost,je nutné mít citlivější DeltaPeak.Jednoduchý návod na takovou nabíječku s moderním obvodem MC 33340 najdete na: http://www.qsl.net/ok2xdx/Nabijec/rychlonabijecka.html

Jednoduchá mikroprocesorová nabíječka:

http://web.quick.cz/PetrLBC/chargematic1.htm

Inflexního bod -to dnes využívají špičkové modelářské nabíječky a tato metoda se jeví jako velice dobrá.Metoda spočívá v hlídání druhé derivace napětí.

Články se ke konci nabíjení zahřívají a toho se snaží využívat některé nabíječe které hlídají teplotu- pokud je to pomocná metoda pro ukončení nabíjení,lze to doporučit,pokud by to ale byla jediná metoda ukončení nabíjení,nelze ji označit za šetrnou a doporučit.

Nabíječky se ještě dají rozdělit podle způsobu nabíjení-konstantním proudem,pulzním proudem.Tady velice záleží na konstrukci nabíječky,jak je dělaná atd.Osobně se mi více líbí konstantní napětí než pulzy které mohou dosahovat u špatně provedené konstrukce vysokých hodnot.

LiIon/LiPol - Nabíjení LiIon článků je podstatně jednodušší než u NiCd a NiMh. Není tu totiž problém s ukončením nabíjení! Použitím zdroje přesného napětí ( většinou 4,2V +/- 0.05V ) s omezením proudu ( 0,7C ) se článek nabije na 100 procent.Nelze použít rychlonabíjení ( u nových LiPol se už objevují možnosti nabíjet větším proudem 1C ). Nabíjení probíhá zhruba 2 až 3 hodiny, přičemž po 2h je již článek nabit na 90-95 procent kapacity. Poměrově nejdéle trvá posledních 10% ale ne vždy je potřeba mít zdroje nabité na 100%.

Vzhledem k výše uvedenému se jako nejjednodušší a také nejlevnější jeví nabíječka od p.Zajíce: http://www.zajic.cz/nablion/nablion.htm ,která po doplnění o omezovač napětí http://www.zajic.cz/omezovac/omezovac.htm ,vytvoří nabíječku skvělých vlastností.Neznám nikoho kdo by s touto nabíječkou měl potíže-pokud ano,bylo špatným nastavením.Pro někoho kdo se nevyzná v elektronice doporučuji koupit nabíječku hotovou a seřízenou,máte jistotu.

Pokud zvolíme tovární nabíječ,je důležité zjistit způsob nabíjení-pro LiIon/LiPol je důležité aby nabíječka nabíjela konstantním napětí,nesmí pulzovat,poškodily bychom tak články!Pokud takovýto nabíječ pořídíte,raději si stejně dokupte Omezovač napětí od p.Zajíce,máte jistotu a můžete klidně spát.

Co se starými články NiCd/NiMh?

Pokud se jedná o staré články a nepoužívané články je možné,že dojde k jejich vybití téměř na nulu.Pokud na takovéto články narazíme,můžeme se pokusit je oživit,ale již nikdy nebudou fungovat a dodávat takové proudy jako dříve.K jejich oživování použijeme formování popsané výše,je ale nutné začít s menšími proudy,ale po příslušnou dobu déle nabíjet.Provedeme několik nab/vyb cyklů a zjistíme jak na tom články jsou-pokud nám hned spadne napětí a kapacita bude nízká,nemá cenu články zachraňovat-poslední šancí je analyzér,ke kterému se asi jen tak nedostaneme.Pořízení analyzéru není bohužel levná záležitost.

Jak se tedy o akumulátory starat?

Jednoduše řečeno správně používat-tz.zbytečně nepřebíjet,vždy zvolit správnou nabíječku podle typu akku,nevybíjet pod stanovenou mez,proudově nepřetěžovat,dostatečně chladit jak během nabíjení,tak také při provozu.U článků NiCd provádět vybíjení alespoň každé druhé nebo třetí nabíjení.U článků NiMh to doporučuji po deseti cyklech.Občas zkontrolovat napětí na jednotlivých článcích,zejména jedná-li se o články spojené v sérii.Pokud jsou rozhozené,zvláště vybít na cca 0,8V - k tomuto srovnávání jsem vyrobil jednoduchý vybíjecí přípravek http://web.quick.cz/PetrLBC/jedno.htm .Je dobré jednou za půl roku si s články pohrát,změřit kapacitu,nebo lépe vybíjecí křivku-zjistíme jak na tom naše akumulátory vlastně jsou http://web.quick.cz/PetrLBC/jelinek.htm

Závěr:

Pokud budeme dodržovat výše uvedené zásady,články se nám odmění dlouhou životností a spolehlivostí.Pokud máte nějaké dotazy,připomínky atd.napište mi,pokud budu vědět,rád odpovím.

Odkazy vhodné ke studiu:

http://www.zajic.cz/ - LiIon/LiPol

http://www.mojehobby.cz/diskuze/ - sekce akumulátory