Akumulátory

(23.11.2004)

 

   Zdrojem drahocenné elektrické energie v RC modelech  jsou dnes výhradně akumulátory. Klasické "suché" baterie, se kupují již jen do hraček, CD přehrávačů a pod a i zde je pomalu ale jistě vytlačují nabíjecí články upravené na běžnou velikost tužkové baterie. Psát na téma akumulátorů znamená  pustit se na velmi tenký led. Ovšem spousta modelářů dodnes neví jak s akumulátory zacházet jaké jsou typy a jejich možnosti a pod.

 

   Vysvětlovat co to je akumulátor by bylo asi nošením dříví do lesa, ale přesto pro pořádek základní definice. Akumulátor je tzv. sekundární článek, který je potřeba nejdříve nabít a teprve potom je možné jej použít jako zdroj elektrické energie. Primární články dodávají elektrickou energii ihned po svém sestavení a zpravidla je není možné dobíjet (zinkouhlíkové baterie).Typy akumulátorů rozlišujeme podle jejich chemického složení.

 

  1) Pb

  2) NiCd

  3) NiMh

  4) Li-ion, Li-pol

 

   Všechny čtyři druhy se dodnes běžně používají. Každý z nich má totiž svoje pro a proti. Nejstarší jsou olověné akumulátory (Pb), nejnovější generaci zastupují Li-ion. Olověné akumulátory najdete např. všude tam, kde pracuje nějaký spalovací motor. Hlavně v automobilech. Zbývající akumulátory pak najdete např. v mobilních telefonech, digitálních fotoaparátech, ručních skenerech a samozřejmě v našich RC modelech.

 

Základní pojmy

 

   Než si popíšeme jednotlivé typy akumulátorů podrobněji, ujasníme si některé základní pojmy. Akumulátor se většinou skládá z několika článků, vzájemně propojených. Často se mezi modeláři místo označení "akumulátor" používá slovíčko "acupack".  Akumulátor je buď kompaktní (nerozebíratelný) a nebo se dá v případě potřeby rozpojit (výměna vadného článku). Počet vzájemně propojených článků určuje výsledné výstupní napětí. To zpravidla bývá 6, 7,2 a 12V. Kapacita akumulátoru se uvádí v Ah (ampér-hodinách). Je to množství elektrického náboje, které může akumulátor dodat. Zjednodušeně řečeno, čím vyšší kapacitu má akumulátor použitý ve vašem modelu, tím déle pak budete moci s modelem  jezdit (létat).

 

Základní charakteristiky jednotlivých druhů akumulátorů

 

Pb - olověný (gelový)

V modelářské praxi se používají tzv. bezúdržbové hermetické gelové akumulátory. Vzhledem ke své hmotnosti se hodí do větších modelů lodí nebo automobilů (truck). Další uplatnění najdou jako zdroje pro nabíječky akumulátorů v polních podmínkách a pod.

+ vysoká kapacita

+ dlouhá životnost

+ nízké samovybíjení

- vysoká hmotnost

- větší rozměry

- neschopnost dodávat vysoké proudy

- ekologicky nešetrné (olovo)

Skladování: Zásadně v nabitém stavu ! Uskladnění v nenabitém stavu má za následek nenávratnou ztrátu celkové kapacity nebo až k úplnému zničení akumulátoru (tzv. sulfatace elektrod).
Snadno je poškodí: hluboké vybití a přebíjení
Napětí na jednom článku: 2V
Nabíjení: akumulátor se před začátkem nabíjecího cyklu nevybíjí !

 

NiCD - NiklKadmiový

V současné době asi nejrozšířenější akumulátory. Mají široké uplatnění. V modelech se uplatňují hlavně tam, kde proudové odběry dosahují desítky ampér. Najdete je také v RC vysílačích.

+ schopnost dodávat vysoké proudy

+ vysoký počet nabíjecích cyklů (až 1000)

+ provozní podmínky (snáší teploty až do -40°C)

+ pořizovací cena

+ rychlé nabíjení

- vyšší hmotnost

- menší kapacita

- ekologicky velmi závadné (jedovaté kadmium)

Skladování: zásadně vybité, možno takto skladovat i rok a více. Uložit při pokojové teplotě v suchu.
Snadno je poškodí: přebíjení
Napětí na jednom článku: 1,2V
Nabíjení: před začátkem každého nabíjení, je potřeba akumulátor vybít, jinak klesá jeho životnost a kapacita.

 

NiMh - NiklMetalHydridový

Při stejných rozměrech jako NiCD dosahují vyšší kapacity a mají o něco nižší hmotnost. Nehodí se ale tam, kde jsou vysoké proudové odběry. Třeba rychlostní čluny a pod.

+ vyšší kapacita oproti NiCD

+ nižší hmotnost oproti NiCD

+ rychlé nabíjení

+ ekologicky šetrnější

- rychlé samovybíjení

- neschopnost dodávat vysoké proudy

- nižší počet nabíjecích cyklů (cca 500)

- provozní podmínky

Skladování: v nabitém stavu ! Kvůli rychlému samovybíjení se doporučuje akumulátor cca 1x za šest měsíců vybít a nabít. Uložit při pokojové teplotě v suchu.
Snadno je poškodí: přebíjení
Napětí na jednom článku: 1,2V
Nabíjení: není třeba před začátkem každého nabíjení akumulátor vybít. Ale vybíjení je dobré často provádět, jinak klesá jeho životnost a kapacita.

 

 Li-ion - Lithium-Ionové

Tyto akumulátory se modelářské praxi prosazují hlavně během posledních dvou let a jejich obliba roste hlavně u leteckých modelářů.

+ vysoká kapacita

+ velmi nízká hmotnost

+ velmi malé samovybíjení

+ vysoký počet nabíjecích cyklů (600 až1000)

- pořizovací cena

- neschopnost dodávat vysoké proudy

- dlouhá doba nabíjení

 

Skladování: v nabitém stavu, nutno alespoň jedenkrát do roka nabít, aby samovybíjecím procesem nepokleslo napětí pod stanovenou mez.
Snadno je poškodí: přebíjení a vybíjení nad a pod stanovenou mez. Správné hodnoty zajišťují vestavěné ochranné obvody u každého článku (u spotřební elektroniky).
Napětí na jednom článku: 3,6V
Nabíjení: není třeba před nabíjením akumulátor napřed vybíjet, naopak je to nežádoucí. Vyžaduje přesné nabíjecí napětí 4,2V a omezení nabíjecího proudu (zpravidla na 1C).

 

 Li-Pol - Lithium-polymerové

Tyto akumulátory se modelářské praxi prosazují hlavně během posledních dvou let a jejich obliba roste hlavně u leteckých modelářů.

+ vysoká kapacita

+ velmi nízká hmotnost

+ velmi malé samovybíjení

+ vysoký počet nabíjecích cyklů (600 až1000)

- pořizovací cena

- dlouhá doba nabíjení

 

Skladování: v nabitém stavu, nutno alespoň jedenkrát do roka nabít, aby samovybíjecím procesem nepokleslo napětí pod stanovenou mez.
Snadno je poškodí: přebíjení a vybíjení nad a pod stanovenou mez. Správné hodnoty zajišťují vestavěné ochranné obvody u každého článku(u spotřební elektroniky).
Napětí na jednom článku: 3,6V
Nabíjení: není třeba před nabíjením akumulátor napřed vybíjet, naopak je to nežádoucí. Vyžaduje přesné nabíjecí napětí 4,2V a omezení nabíjecího proudu (zpravidla na 1C).

 

Označení akumulátoru

 

   Každý akumulátor by měl být označen štítkem, ze kterého můžeme vyčíst všechny důležité údaje. Pokud akumulátor není opatřen žádným štítkem, pokusíme se údaje vyčíst z jednotlivých článků. Není-li to možné, raději se použití takového akumulátoru vyhneme.

 

Olověný gelový akumulátor. Na obrázku je olověný gelový akumulátor. Co se tedy ze štítku můžeme dozvědět ? Pod značkou akumulátoru "Panasonic" je uveden typ akumulátoru - LC-R064R2P. Vedle typu je malým písmem uveden důležitý údaj - 6V, 4,2Ah. Akumulátor tedy dává napětí 6V a jeho kapacita činí 4,2Ah. Pod typem akumulátoru jsou uvedeny hodnoty pro nabíjení. "Cycle use" znamená opakované použití. Akumulátor je nabit a potom používán. Pak jej nabíjíme napětím 7,25-7,45V a proudem nižším než 1,68A (less than 1,68A). "Standby use" znamená trvalé použití, kdy akumulátor je použit např. jako záložní zdroj. Pak se trvale dobíjí napětím o hodnotě 6,8-6,9V. V rámečku CAUTION jsou uvedena důležitá upozornění - nemáte porušovat těsnost kontejneru, nikterak upravovat jeho rozměry, nedávat jej do ohně a elektrolyt by neměl přijít do styku s vodou. Značky u pravého okraje znamenají, že akumulátor máte vrátit po skončení jeho životnosti k recyklaci a že nepatří do odpadu, protože obsahuje olovo (Pb).

 

NiCD akumulátor - šestičlánekPodobně jsou označeny i jiné typy akumulátorů. Na obrázcích je klasický šestičlánek. Akumulátor je tedy složen z šesti samostatných článků a je rozebíratelný. Z potisku se dozvíme, že se jedná o NiCD, dává napětí 7,2V a jeho kapacita je 1900mAh což se rovná 1,9Ah. V pravém dolním rohu je uveden důležitý NiCD - šestičlánekúdaj  - "Charge at 190mA for 14-16 hours". Ten nám říká, že pokud budeme nabíjet akumulátor proudem 190mA, tak plně nabitý bude za 14 až 16 hodin. Na druhé straně bychom pak našli značky, které nás opět upozorňují, že akumulátor máme vrátit k recyklaci a že nepatří do odpadu, protože obsahuje jedovaté kadmium.

 

   Dalším důležitým údajem je také maximální proud, kterým lze akumulátor při odběru zatížit. Většinou na obalu nebývá uveden. Je dobré si tento údaj zjistit např. na webových stránkách výrobce akumulátoru.

 

Jak nabíjet akumulátory ?

 

   Nabíjení akumulátorů je opravdu "vědní" obor sám o sobě, ale bez základních znalostí se neobejde žádný modelář, který staví RC modely.

   Nejdříve se podíváme na akumulátory, které napájí vysílač (Tx) naší RC soupravy. Výrobce zpravidla k RC soupravě dodává jednoduchou nabíječku, která pro nabíjení akumulátoru ve vysílači bohatě postačuje pro normální rekreační provoz. Zde se tedy budeme řídit návodem a máme docela slušnou záruku, že baterie bude dobře sloužit docela dlouho.

   Nabíjení akumulátorů, které slouží k napájení pohonných a dalších systémů modelu bývají zpravidla zatěžovány více a proto i péče o ně vyžaduje více úsilí a prostředků.

   Podle doby nabíjení rozlišujeme tři základní druhy:

 

   1) Normální - Normal Charge

   2) Rychlé - Fast Charge

   3) Velmi rychlé - Quick Charge

 

Normální způsob nabíjení je k akumulátorům nejšetrnější, ale má jednu nevýhodu. Trvá déle než deset hodin. Tímto způsobem se obvykle nabíjí akumulátory přijímačů a vysílačů a pohonné akumulátory pokud na jejich nabíjení máme dostatek času (před akcí).

 

U rychlého nabíjení nabíjecí proces trvá obvykle pět až sedm hodin. Tento způsob nabíjení dnes dobře snáší všechny typy NiCD a NiMH akumulátorů. Při nabíjení se akumulátor může zahřívat, ale chlazení zpravidla není třeba. Máte-li však chladící box pro akumulátory k dispozici, tak jej použijte ! Tento proces použijeme například k nabíjení akumulátorů přes noc.

 

Velmi rychlé nabíjení zkracuje potřebnou dobu přibližně na jednu hodinu a dnešní nabíječky to dokáží i pod půl hodiny. Ne všechny akumulátory tento způsob nabíjení snesou. Navíc se při nabíjení zpravidla silně zahřívají a je lepší je chladit, což v parných letních dnech může být problém. Tento způsob nabíjení se používá hlavně na závodech, kdy je potřeba akumulátorové sady často měnit a navíc takto nabitý akumulátor je schopen lépe dodávat i vysoké proudy.

 

Chlazení akumulátorů při velmi rychlém nabíjení

chlazení akumulátoru při velmi rychlém nabíjení

 

Vysvětlíme si ještě jeden pojem a to je konstanta 0,1C. Pomocí této konstanty se udává nabíjecí proud pro daný akumulátor. Uvedeme si malý příklad. Akumulátor o kapacitě 1500mAh (1,5Ah) budeme nabíjet při konstantě 0,1C proudem 150mA. Tato konstanta (0,1C) bývá typická hodnota pro pomalé nabíjení. Pokud si přečteme, že pro rychlé nabíjení se má akumulátor nabíjet 1C, znamená to, že nabíjecí proud má hodnotu 1,5A. K určení nabíjecího proudu v závislosti na čase a kapacitě akumulátoru výborně poslouží i tento malý prográmek.

 

Čím nabíjíme akumulátory ?

 

   Kdo to myslí s RC modely vážně, měl by si zakoupit nabíječku akumulátorů. Rozhodně se vyvarujte různých podezřele levných nabíječek v různých super a hypermarketech. Také se vyvarujte různých "zaručených" amatérských konstrukcí typu "trafo-dioda-žárovka". Raději zajděte do modelářské prodejny nebo zkuste nákup přes Internet. Nabídka je opravdu pestrá. Nákup nabíječky není zase až tak úplně levná záležitost, proto je dobré si dobře rozmyslet jaký typ koupit. Co by tedy měla vaše nabíječka umět?

 

- nabíjet NiCD, NiMH, akumulátory. Někteří modeláři by měli ještě zvážit schopnost nabíjení olověných (Pb) a letečtí Li-Ion, Li-Pol akumulátorů.

- napájení z autobaterie 12V a nebo ze sítě 220V

- nastavitelný nabíjecí proud

- nastavitelný vybíjecí proud

- automatické ukončení nabíjecího procesu (rozpoznání nabitého akumulátoru)

 

Jednoduchá nabíječka akumulátorů

 

Čím je nabíječka "chytřejší", tím roste i její cena. "Inteligentní" nabíječky toho dokáží opravdu hodně, ale zvažte, zda dokážete všechny jejich funkce řádně využít. Dobrou službu vám může poskytnout i levnější nabíječka.

 

   Je dobré si na akumulátory nalepit papírový štítek a vždy si na něj poznamenat datum, kdy byl nabit nebo vybit. Samozřejmě jen v případě, že akumulátor odkládáme na delší dobu. Nebudete pak muset vzpomínat kdy jste s akumulátorem něco naposledy dělali.

 

Kam s ním ?

 

   Dřív nebo později každý akumulátor doslouží. Nastane tedy nerudovská otázka - kam s ním ? Rozhodně takový akumulátor nevyhodíme do popelnice před domem, aby jej spolu s ostatním odpadem odvezli popeláři. Akumulátory obsahují více či méně škodlivé látky. Vysloužilý akumulátor odevzdáme na některém sběrném místě. Kde se taková sběrná místa nacházejí se určitě dozvíte na svém obecním úřadě.

 

Na závěr

 

   Na úplný závěr si neodpustím jednu poznámku. Kolik uživatelů akumulátorů, tolik názorů na jejich nabíjení, vybíjení atd...Stačí si pročíst diskuse na Internetu, třeba na http://www.mojehobby.cz (téma: Akumulátory).

 

Děkuji Lukášovi za připomínky k textu.

 

Keba