AirsoftGuns s.r.o.
Jak se starat o naše akumulátory?
01. 12. 2003Správná péče o akumulátory a jejich používání patří v airsoftu mezi velice podceňovanou věc. Většina lidí opečovává, ošetřuje a udržuje zbraň jako takovou, ale na akumulátor, který je skutečným srdcem zbraně se často zapomíná...
Než se dostaneme k praktickým věcem, je potřeba vstřebat trochu nudné (pro někoho velice zajímavé) teorie.
Pojmy
Jmenovité napětí – je napětí jednoho článku. Akumulátory NiCd a NiMH mají napětí 1,2V narozdíl od primárních článků, které mají napětí 1,5V.
Jmenovitá kapacita - je množství elektrického náboje v Ah deklarované výrobcem, které může samostatný článek dodat při 5 hod. vybíjení do konečného napětí 1,0 V při +20 °C pro nabíjení, skladování a vybíjení.
Referenční zkušební proud - je obvyklé uvádět vybíjecí a nabíjecí proudy jako násobky jmenovité kapacity C ( Ah). Referenční zkušební proud It (A), který lépe odpovídá fyzikálním principům, je určen jako poměr jmenovité kapacity C (Ah) a časového intervalu 1 h.
Skutečné napětí - skutečné napětí akumulátorového článku je závislé na mnoha vlivech (především na stavu nabití článku a teplotě okolí) a v průběhu nabíjení i vybíjení se mění. Podoba těchto závislostí u standardních článků pro všeobecné použití je dobře patrná na následujícím obrázku.
 |
| Závislost napětí na stavu nabití a teplotě okolí při malém nabíjecím proudu u NiCd |
Z obrázku jsou velmi dobře patrné změny tvaru nabíjecí křivky s rostoucí okolní teplotou. Zvláště je třeba si všimnout, že při vysokých okolních teplotách (asi 45 °C a vyšších) je prudký nárůst napětí před koncem nabíjení již zanedbatelný. Za takových podmínek již tedy nelze použít metod ukončení nabíjení založených na jeho detekci.
Na následujícím obrázku je patrná závislost napětí na článku v závislosti na stavu nabití v průběhu vybíjení různými proudy po předchozím nabíjení proudem 0,1It po dobu 15 h.
 |
| Závislost napětí na stavu nabití při velkých vybíjecích proudech u NiCd |
Skutečná kapacita - skutečná kapacita akumulátoru je podobně jako skutečné napětí závislá na mnoha vlivech, především na velikosti vybíjecího proudu a teplotě okolí, což je dobře vidět na následujících obrázcích.
 |
| Závislost skutečné kapacity na vybíjecím proudu při vybíjení do napětí 1,0 V po předchozím nabíjení proudem 0,1It po dobu 15 h. |
 |
| Závislost kapacity na okolní teplotě při nabíjení a vybíjení |
Optimálního nabití dosáhneme v teplotním rozsahu 10 °C až 30 °C. Při okolních teplotách pod 0 °C totiž v článku nemůže dojít k potřebným chemickým reakcím pohlcujícím volné plyny, jejichž tlak uvnitř článku postupně roste, což aktivuje bezpečnostní ventil. Následně dojde k jejich úniku do okolního prostředí, což vede k nenávratnému zhoršení parametrů článku, především jeho reálné kapacity.
Vnitřní impedance článku - do značné míry určuje jeho výkon i provozní životnost. Vysoká impedance přiškrcuje tok energie z akumulátoru do napájeného zařízení.
 |
| Závislost napětí akumulátoru na vniřní impedanci |
Na obrázku srovnáváme průběh napětí a odpovídající aktivní dobu akumulátoru s nízkou, stření a vysokou impedancí při připojení na digitální zátěž. Pulsy proudu tlačí napětí dolů, což má za následek předčasné odmítnutí akumulátoru dodávat potřebný proud i když akumulátor energii stále obsahuje.
Pokud po odpojení zátěže akumulátor změříte voltmetrem, napětí na kontaktech se běžně "vzpamatuje" a voltmetr zobrazí normální hodnotu. K tomuto jevu dochází hlavně u akumulátorů na bázi niklu. Akumulátor s vysokou impedancí může pracovat bez problémů, pokud je zatěžován citlivou zátěží.
Paměťový efekt - je jím obvykle nesprávně nazývána vlastnost akumulátorů, podle které by při neúplném vybití akumulátoru měl mít tento akumulátor v dalším nabíjecím a vybíjecím cyklu menší kapacitu, čemuž by mělo jít zamezit dovybitím akumulátoru před započetím nabíjecího cyklu. Tato vlastnost však nebyla nikdy ani teoreticky, ani experimentálně prokázána.
Termínem paměťový efekt je ale třeba označit vlastnost akumulátorů, kterou lze vysvětlit na následujícím příkladu. Použijme akumulátor v takové aplikaci, kde bude za normálních okolností provozován ve stavu téměř plného nabití v důsledku cyklického krátkodobého vybíjení a následného nabíjení, to jest tak, aby se nepřetržitě pohyboval po začátku vybíjecí křivky tam a zpět.
 |
| Paměťový efekt akumulátorového článku |
Na obrázku by tomu odpovídal úsek nabíjecí křivky do řekněme 40. minuty. V praxi by takovou aplikací mohly být např. akumulátorové baterie zajišťující chod kosmické družice na oběžné dráze kolem Země, kde se v krátkých pravidelných intervalech střídá noc (vybíjení článků) a den (nabíjení článků ze solárních panelů).
Pokud takto používaný akumulátor z nějakých důvodů následně zcela vybijeme, můžeme ke konci vybíjecího cyklu pozorovat prudký pokles napětí akumulátoru (na obrázku zobrazeno plnou čarou) oproti původní vybíjecí křivce (na obrázku zobrazena čárkovaně). Takovýto pokles napětí ovšem nijak nezmění množství náboje, které akumulátor dodá do zátěže, tedy reálnou kapacitu akumulátoru.
V běžném provozu akumulátorů se tzv. "paměťový efekt" prakticky nevyskytuje. Nejčastěji tento efekt je zaměňován s následkem přebíjení akumulátorů (částečně i nabíjením za vysoké teploty článku), který způsobuje pokles kapacity v následném cyklu a snižuje životnost akumulátoru.
Samovybíjení - je vlastnost akumulátoru, v jejímž důsledku dochází při skladování k postupnému snižování náboje, který je akumulátor při následném vybíjení schopný dodat do zátěže. Rychlost úbytku náboje (snižování kapacity) je značně závislá na teplotě okolí při skladování. Podle některých údajů dochází za prvních 24 hod. ke ztrátě 10-15% kapacity akumulátoru.
 |
| Závislost kapacity NiCd akumulátoru na době skladování při různých skladovacích teplotách |
Protože při samovybíjení NiCd akumulátorů dochází ke krystalizaci elektrolytu v jednotlivých článcích a utvořené krystalky jsou díky relativně pomalému průběhu samovybíjení poměrně velké, při následném nabíjení se nedokáží zcela rozpustit a akumulátor tak má po několik nabíjecích a vybíjecích cyklů menší kapacitu. V krajním případě při nárůstu extrémně velkých krystalů hrozí i mechanické proražení separátoru a následný zkrat mezi elektrodami. Z tohoto důvodu se doporučuje skladovat NiCd akumulátory ve vybitém stavu.
NiMH akumulátory se obvykle skladují v nabitém stavu, doporučuje se po každých 6 měsících skladování akumulátory dobít nábojem odpovídajícím asi 50 % jmenovité kapacity skladovaného akumulátoru.
K omezení samovybíjení je doporučeno akumulátory nabíjet až před použitím.
Skutečná životnost - akumulátorů značně závisí na podmínkách, za kterých jsou provozovány (teplota okolí, nabíjecí a vybíjecí proudy atd.) Výrobci uvádějí, že životnost standardního akumulátoru provozovaného za vhodných podmínek by měla být větší než 500 cyklů u NiMH a asi 1000 cyklů u NiCd. Za hranici životnosti se považuje ztráta 20 – 30% kapacity akumulátoru v porovnání s novým akumulátorem.
Nabíjení a vybíjení akumulátorů
Při nabíjení NiCd akumulátorů je třeba věnovat zvláštní pozornost tomu, aby nedocházelo k opakovanému přebíjení (nabíjení článků i po dosažení stavu plného nabití), neboť vede k nevratným negativním změnám parametrů článků.
Před nabíjením akumulátoru je důležité, aby se jeho teplota stabilizovala na pokojovou teplotu. Nabíjení akumulátorů s teplotou pod 15°C a nad 30°C se projeví v dalším cyklu poklesem kapacity. Stabilizace teploty z 0°C na 15°C v pokojové teplotě trvá přibližně 2 hodiny. Nutno si uvědomit, že je třeba stabilizovat teplotu uvnitř akumulátoru, nejenom na povrchu. Nabíjení akumulátoru s teplotou pod bodem mrazu způsobí únik vodíku přes bezpečnostní ventil akumulátoru a do akumulátoru pronikne vzdušný kyslík, a to způsobí velké samovybíjení akumulátoru. To se projeví tím, že sice akumulátor po nabití má plnou kapacitu, ale po několika málo dnech je plně vybit.
Nové akumulátory nebo akumulátory po dlouhodobém skladování dosahují plné kapacity až po provedení několika nabití a vybití. Akumulátory je v tomto případě doporučeno nabíjet standardním nabíjením (14-16 hodin při 0,1It).
Akumulátory nesmějí být při nabíjení nikdy za žádných okolností přepólovány. Jejich přepólování vede k hromadnému uvolňování tepla a vnitřních plynů, což posléze může vést k aktivaci bezpečnostního ventilu a následnému znehodnocení článku, v krajním případě i k mechanickému zdeformování či roztržení
Akumulátory by neměly být nikdy a za žádných okolností při vybíjení zcela vybity, neboť takový stav může vést až k jejich zničení. Pokud máte několik akumulátorů v jedné sadě, dodržujte konečné vybíjecí napětí 1V na článek. Mohlo by dojít k otočení polarity jednoho z článků, a tím úniku elektrolytu v něm a následovalo by trvalé snížení kapacity celé sady. K tomuto nejčastěji dochází u mobilních telefonů (telefon se sám vypne a přesto chceme poslat ještě jednu SMS). Kolikrát se Vám stalo, že zbraň přestane střílet, ale po 10 minutách jste ještě dali pár výstřelů?
Při spojování akumulátorových článků do baterií je nutno mít na zřeteli, že v důsledku nenulových vnitřních odporů článků a nestejných reálných kapacit jednotlivých článků může při vybíjení dojít k samovolnému přepólování jednoho nebo více akumulátorových článků. S tímto se zejména setkáváme při domácí výrobě akumulátorů nebo jejich „repasu“.
Je nutné mít na paměti, že pokud používáme akumulátor např. 12V (složený z 10 samostatných článků), tak při poklesu napětí na 1V na článek, má akumulátor celkové napětí ještě 10V. Při tomto napětí lze obvykle ještě akumulátor používat, ale riskujeme tím jeho přepólování a tím pádem zničení.
Nabíjecí režimy
Pro nabíjení akumulátorů připadá v úvahu několik nabíjecích režimů umožňujících různě rychlé nabití akumulátorů v časovém rozmezí desítek hodin až několika málo desítek minut. Maximální dovolené nabíjecí proudy, které limitují dosažitelnou rychlost nabíjení, jsou vždy uvedeny výrobcem pro konkrétní typ akumulátoru (obvykle max. 1It). V krajních případech se za zvláštních podmínek dovoluje i použití vyšších nabíjecích proudů (max. 4It) pro ultrarychlé nabíjení (nabíjecí doba asi 15 minut) za cenu snížení životnosti akumulátorů. Ve všech případech je třeba zajistit, že nedojde k přebíjení akumulátorů.
Nepřetržité nabíjení - aniž by záleželo na aktuálním stavu nabití akumulátorů, lze je podrobit nepřetržitému nabíjení. Doporučené nabíjecí proudy pro nepřetržité nabíjení se pohybují v intervalu 1/20 It až 1/15 It.
Standardní nabíjení – rozumíme jím 16 hodinové nabíjení, pro něž je doporučen nabíjecí proud 0,1 It. Takovéto nabíjení je doporučeno pro nabíjení všech druhů hermeticky uzavřených akumulátorů, přičemž nezáleží na počátečním stavu jejich nabití.
Rychlé nabíjení - pokud výrobce připouští možnost nabíjet konkrétní typ akumulátorů v režimu rychlého nabíjení, je možné takové akumulátory nabíjet proudem 0,2 It po dobu 7 h až 8 h a nebo proudem 0,3It po dobu 4 h až 5 h. Je však třeba mít na zřeteli, že je nutné zajistit patřičné zkrácení nabíjecí doby v závislosti na počátečním stavu nabití akumulátoru tak, aby nedošlo k jeho přebíjení.
Velmi rychlé nabíjení – v tomto režimu můžeme akumulátory nabít již za 1 až 2 hodiny. Takovéto nabíjení však můžeme aplikovat pouze na akumulátory, u nichž to výrobce připouští a pouze za jím stanovených podmínek. Je samozřejmé, že musíme zajistit včasné odpojení akumulátoru od nabíjecího obvodu v závislosti na počátečním stavu nabití tak, aby nedošlo k přebíjení akumulátoru.
Udržovací nabíjení - po skončení standardního, rychlého nebo velmi rychlého nabíjení nemusí být akumulátor odpojen od nabíjecích obvodů, ale může přejít do udržovacího režimu nabíjení. Takový postup je vhodný a je výrobci doporučován. V udržovacím režimu je akumulátor nepřetržitě nabíjen proudem 1/40 It až 1/20 It. Takové nabíjení jednak kompenzuje samovybíjení akumulátoru a udržuje ho tak neustále nabitý a navíc, pokud následuje po rychlém nebo velmi rychlém nabíjení, postupně smazává rozdíly v nabití jednotlivých akumulátorů, které vznikly v důsledku nabíjení velkými proudy při nestejných reálných vlastnostech akumulátorů.
Metody ukončení nabíjení
Nejdůležitější při nabíjení akumulátorů je jejich včasné odpojení od nabíjecích obvodů resp. včasný přechod do režimu udržovacího nabíjení. Existují čtyři hlavní typy ukončení nabíjení.
Časové ukončení - ukončení nabíjení spočívá v ukončení nabíjení a nebo přechodu do režimu udržovacího nabíjení po uplynutí předem stanoveného časového limitu. Tato metoda je samostatně použitelná pouze při nabíjení akumulátorů menšími proudy než 0,2It. Při nabíjení většími proudy není možné tuto metodu využít samostatně, neboť nezajistí nutné zkrácení nabíjecí doby v případě, že nabíjené akumulátory nejsou před začátkem nabíjení zcela vybity.
Napěťové ukončení - ukončení nabíjení je založené na sledování napětí akumulátoru v průběhu nabíjení a ukončení nabíjení nebo přechodu do režimu udržovacího nabíjení podle některé z vhodných metod (absolutní napětí, záporná změna napětí atd.). Při použití napěťových metod ukončení nabíjení je však třeba mít na paměti, že tvar nabíjecích křivek je velmi závislý na podmínkách nabíjení, především na teplotě okolí a velikosti nabíjecího proudu.
Teplotní ukončení – tyto metody jsou založené na snímání teploty akumulátoru v průběhu nabíjení (po nabití akumulátoru na celou kapacitu se přeměňuje dodávaný proud na teplo) a následném vyhodnocování naměřených hodnot. To je v praxi velmi obtížné, neboť to představuje nutnost velmi kvalitního snímání teploty nabíjených akumulátorů. To znamená buď mechanické připojení teplotního čidla k plášti nabíjených článků nebo baterií a nebo použití akumulátorových baterií se zabudovaným teplotním čidlem a vývodem pro připojení snímacího zařízení.
Proudové ukončení - použití metody proudového ukončení nabíjíme akumulátory konstantním proudem až do doby, kdy napětí na akumulátoru dosáhne předem zvolené hodnoty. Poté přejdeme k nabíjení konstantním napětím, sledujeme průběh proudu akumulátorem a zaznamenáváme jeho minimální hodnotu. Nabíjení ukončíme nebo přejdeme do režimu udržovacího nabíjení v okamžiku, kdy proud naroste oproti zaznamenané minimální hodnotě o předem stanovený rozdíl.
Rozdíly mezi NiCd a NiMH
 |
| Vybíjeci charakteristika NiCd a NiMH akumulátorů |
- jedním z největších omezení NiMH je větší vnitřní odpor a tím i menší použitelné proudy a delší doby nabíjení. Technologie výroby NiMH se však neustále zdokonaluje a proto lze v brzké době očekávat, že technologie NiMH postupně nahradí NiCd články i v odvětví, kde je vyžadován maximální proudový odběr (aku-nářadí, airsoft, letecké modelářství).
- nabíječky pro NiMH jsou jiné citlivější (u NiMH je pokles napětí po nabití podstatně méně výrazný).
- NiMH akumulátory neobsahují jedovaté kadmium a jsou tedy daleko více ekologicky šetrné.
- NiMH mají při stejných rozměrech větší kapacitu než NiCd.
- asi nejvýznamnější rozdíl je ve skladování NiMH v nabitém stavu, nejlépe na hodnotě 60% kapacity. NiCd akumulátory skladujeme vždy vybité, i pokud je nepoužíváme třeba několik dní.
- NiMH trpí mnohem větším samovybíjením, proto poškození nadměrným vybitím a nebo dokonce přepólováním je několikanásobně vyšší. Sada uložená déle než tři měsíce by měla být během této doby vybitá a zpátky nabitá.
- NiMH akumulátory jsou mnohem choulostivější na rychlonabíjení a hůře snášejí přebíjení.
Závěr
Záleží na uvážení každého z nás jak se o akumulátory budeme starat. Kdo si s výše uvedenými pravidly nebude lámat hlavu, časem zaznamená pokles výkonu akumulátoru a bude muset pořídit jiný. Pokud se budete o akumulátor dobře starat a správně jej nabíjet, tak se vám zajisté odmění dlouhodobou životností a výkonností.
AirsoftGuns.cz
Zdroje použité pro psaní článku:
Ing. Jan Havlík – Návrh nabíjecí stanice pro NiCd akumulátory
Magazín Modelcentrum
L. Stehlík - Battex s.r.o.
BEL s.r.o.
A. Pastuch - Jeden malý rozdíl, aneb co bychom měli vědět o NiMH bateriích
www.mobil.cz
Komentáře
Přidávat komentáře mohou pouze přihlášení uživatelé. Přihlásit se
28.08.2007 Re: michalhons
28.08.2007
05.02.2007 RE: Dekameron
05.02.2007 Nabíjení
05.02.2007 RE: Dekameron
02.02.2007 Napětí
22.01.2007 RE: Kubíček
21.01.2007