Akumulátory a nabíjení

Pokud chceme, aby naše koptéry podávaly výkony, jaké od nich očekáváme, tak je potřeba jim dopřát dostatek elektrické energie. Nebudeme zde popisovat chemické reakce, ale zaměříme se na hlavní druhy zdrojů energie, jejich parametry a základní vlastnosti související s provozem.

Dělení akumulátorů

Podle konstrukce a chemického složení se akumulátory dělí na mnoho různých typů. Asi jste slyšeli o bateriích olověných, niklo-kadmiových (NiCd), nikl-metal-hydridových (NiMH), lithium-železo-fosfátových (Li-Fe), lithium-iontových (Li-Ion) nebo lithium-polymerových (Li-pol). Pro naše účely jsou v tuto chvíli zásadní pouze lithium polymerové baterie, zvané též „lipolky“, protože ty jediné dokáží dát dostatečně velké proudy po dostatečně dlouhou dobu tak, abychom je mohli náležitě využít při FPV létání.

Lipolky

Lipolky jsou skvělé baterie, které mohou mít neuvěřitelný výkon v malém balení, avšak musíme se o ně opravdu dobře starat. Pojďme si nejprve říci, co s nimi nedělat.

  • Lipolky nikdy nenabíjíme bez dozoru. To je strašně důležité! Známe osobně minimálně jednoho kolegu, kterému při nabíjení bez dozoru vyhořel byt!
  • Nemají rády nízké teploty (nedoporučuje se létat už pod 10°C), chemické reakce uvnitř akumulátoru při těchto teplotách neprobíhá, jak by měla.
  • Při vyšších teplotách roste vnitřní odpor baterie a tím se snižuje podaný výkon. Když se vám baterie při letu hodně zahřívá, potřebujete jinou, s vyšším vybíjecím proudem. Nad 50° C hrozí nafouknutí a může dojít ke vznícení.
  • Kladný a záporný pól akumulátoru se nesmí zkratovat, jinak může dojít k vznícení.
  • Lipolka se nesmí přebíjet nad její kapacitu, jinak může dojít ke vznícení.
  • Nesmí se podvybíjet, jinak může dojít ke vznícení. Plně nabitý článek má 4,2 V. Napětí by nemělo klesnout pod 3,3 V. Pokud klesne na 2,7 V a níže, pravděpodobně dojde k jeho nevratnému poškození.
  • Nikdy je zásadně nepropichujte, jinak může dojít ke vznícení nebo explozi.
  • Akumulátory se mohou časem nebo vybíjením velkými proudy i nafouknout. Nafouknutou baterii už dále nepoužíváme a odevzdáme ji do sběrného dvora jako elektroodpad (viz další odstavec).

Teď si možná říkáte, že tohle doma nechcete, ale bohužel to zatím jinak nejde. Katastrofě se dá účinně předcházet a tato preventivní opatření nejsou nikterak složitá. Existují tzv. Li-po safe bagy, což jsou „nehořlavé“ vaky, ve kterých se doporučuje Lipolky nabíjet a přenášet. Ovšem není to úplně zaručené bezpečnostní opatření, na YouTube najdete spoustu videí, kde tyto sáčky hoří velmi dobře. Ale v případě vznícení se takový sáček bude vyhazovat z okna lépe než samotná hořící baterka. Na opravdu bezpečné uchovávání jsou ideální např. muniční bedny (v každém army shopu za pár stokorun). Podívejte se na následující video, které je názornou ukázkou toho, že byste bezpečnost při manipulaci a nabíjení LiPol akumulátorů měli brát vážně.

Likvidace poškozeného akumulátoru

Pokud zjistíte, že po nehodě modelu je baterie proražená, už ji nenabíjejte ani dále nepoužívejte! Takovým spolehlivým ukazatelem, že je baterka poškozená, je chemický zápach vzdáleně podobný vůni jahod. Poškozenou nebo nafouknutou baterku ponořte do slané vody (hodně slané) na několik hodin, ona se pomalu vybije, až se z ní nakonec stane neškodná věc. Takto upravenou baterku odneste do červeného kontejneru nebo do sběrného dvora. Nikdy neházejte lipolky ani jiné akumulátory do směsného odpadu ani je nezakopávejte do země!

Parametry akumulátorů

Rozlišujeme několik parametrů u akumulátorů, které nám určují jeho vlastnosti. Jsou to důležité informace, které nám pomohou při výběru vhodného zdroje pro napájení modelu či jiného příslušenství. Je to kapacita, počet článků (od nichž se odvíjí maximální a minimální napětí), vybíjecí proud, nabíjecí proud a vnitřní odpor. Dále zmíníme sériové a paralelní zapojení a uskladňovací režim.

Kapacita akumulátoru v Ah (ampérhodinách) nebo v mAh (miliampérhodinách, 1Ah = 1000mAh) nám udává proud, který je akumulátor schopný dodávat po dobu jedné hodiny. Vyšší kapacita nemusí vždy znamenat vyšší výdrž, ale vždy znamená vyšší hmotnost, proto při konstrukci koptéry hledáme ideální poměr váhy a kapacity pro dosažení nejlepšího výkonu.

Akumulátor může být tvořen jedním nebo více články. Pokud jsou články zapojeny paralelně, tak napětí zůstává stejné, ale zvyšuje se kapacita. A když je zapojíme sériově, tak dostaneme vyšší napětí o stejné kapacitě. Pro označení počtu sériově zapojených článků se používá písmeno S. Takže jednočlánkový akumulátor je označen 1S a čtyřčlánkový 4S. Podle počtu článků určujeme především maximální napětí. Jeden článek Lipol má maximálně 4,2 V. Tuto hodnotu tedy násobíme počtem sériově zapojených článků. Pokud připojíte plně nabitý 4S akumulátor (tzn. 16,8 V) na model, který je stavěný maximálně na 3S akumulátor (12,6 V), tak je dost pravděpodobné, že něco spálíte. Pozorně čtěte hodnoty maximálních napětí pro každou součást modelu. S počtem článků souvisí existence balančního konektoru. Ten se využívá pro vyrovnávání napětí na jednotlivých článcích akumulátoru při nabíjení. Počet vodičů balančního konektoru je dán právě počtem článků plus zem (GND). Tudíž 3S akumulátor má čtyřpinový balanční konektor a např. 6S akupack má 7 pinový balanční konektor.

Balanční kabely JST-XH (2S – 6S)

Vybíjení

Další důležitou hodnotou je vybíjecí a nabíjecí proud. Na obalu akumulátoru bývá označován číslem a písmenem „C“. Číslo označuje násobek a „C“ označuje kapacitu akumulátoru v ampérhodinách (Ah). Když tyto hodnoty vynásobíme, tak dostaneme velikost konstantního vybíjecího proudu v ampérech (I = X * C).  Tedy akumulátor 1500 mAh, 95C má konstantní vybíjecí proud I = 1,5 *95 = 142,5A. Je však ještě třeba upřesnit, že je to proud, při němž napětí neklesne o více jak 10%, v opačném případě se nejedná o konstantní vybíjecí proud. Na některých akumulátorech bývá ještě uveden vybíjecí proud ve špičce. Tento může být až dvojnásobný než konstantní, ale smíte ho využít jen po krátkou chvíli (např. do deseti sekund), jinak může dojít ke zničení akumulátoru. Hodnota vybíjecího proudu je rozhodující při výběru akumulátoru. Pokud máte například model se stálým (nebo průměrným) odběrem 90 A a použijete baterii s konstantním vybíjecím proudem 80 A, tak model sice poletí, ale nebude se mu dostávat potřebného výkonu a akumulátor bude trpět. Přetěžováním se bude zahřívat, tím se ještě zvýší jeho vnitřní odpor, akumulátor se pravděpodobně nafoukne a značně snížíte jeho životnost. Takže čím větší vybíjecí proud je akumulátor schopen dodat, tím lépe. Ale zase čím větší vybíjecí proud je schopen dodat, tím je akumulátor těžší a dražší vzhledem k použitým materiálům, v životě je vždycky něco za něco.

4S akumulátor s kapacitou 1500mAh a vybíjecím proudem 75C

Je důležité mít na paměti, že výrobci jsou ve značení počtu C na svých výrobcích občas dost, jemně řečeno, optimističtí – proto není dobré brát tento parametr jako zjevenou pravdu. O všech typech běžně prodávaných baterií se dá většinou na Internetu najít dost nezávislých testů a zkušeností jiných uživatelů. Nenechte se napálit, některé „výhodné“ koupě se nakonec ukáží jen jako vyhozené peníze.

Nabíjení

Na začátku jsme ještě zmínili nabíjecí proud. Ten označuje proud v ampérech, kterým akumulátor nabíjíme. Výrobce většinou doporučuje nabíjet proudem ne vyšším, než je 1C (moderní akumulátory snesou i 5C, ale rozumným kompromisem je nabíjení na 2 – 3C). Takže akumulátor o kapacitě 1500 mAh nabíjejte proudem max 4,5A (pokud výrobce striktně neuvádí 1C). Dále samozřejmě platí, že čím vyšší nabíjecí proud, tím rychleji je akumulátor nabitý, ale příliš vysokým nabíjecím proudem můžeme zkrátit jeho životnost. Jakmile se při nabíjení začne zahřívat, tak ihned snižte proud! Obecně platí, pokud máte dost času, zvolte raději nižší nabíjecí proud – 1C je pro baterie ideál.

Baterie mají svůj vnitřní odpor, označuje se „Ri“ a měří v Ohmech (tedy spíš v miliohmech). Je to hodnota, která roste se stářím akumulátoru a jeho používáním, tedy s počtem cyklů. Čím vyšší je Ri, tím více při zatížení poklesne napětí akumulátoru a tím víc se akumulátor při provozu zahřívá. Některé nabíječky umějí Ri dokonce měřit, což je užitečné pro sledování kondice vašich akumulátorů po dobu jejich životnosti.

Když akumulátor poprvé vytáhnete z krabičky, tak je v tzv. storage režimu (uskladňovací režim). Akumulátor je nabit jen na cca polovinu kapacity, tzn. má asi 3,8 V na článek. Doporučuje se uvést akumulátor do tohoto režimu, pokud víte, že nebudete létat např. déle než týden. Dlouhodobé skladování plně nabitých nebo plně vybitých akumulátorů způsobuje jejich nevratné poškození, každopádně zhoršení parametrů.

Konektory a kabely akumulátorů

U závodních koptér tečou z akumulátoru proudy v rozmezí 4 – 160 A. Níže vidíte tabulku s používanými silovými konektory a kabely se silikonovou teplo odolnou izolací.

Silové Konektory

Nebudeme zde uvádět všechny, zmíníme jen ty nejpoužívanější. Konektorů různých druhů je opravdu hodně a pokud by vás zajímaly jiné, než uvádíme, tak zapátrejte na Internetu.

Banana Plug 4mm   Tzv. banánek nebo bullet. Maximální proudové zatížení je 60 – 80 A, nejčastěji používaný jako konektor k nabíječce.
XT30   Pozlacené konektory o průměru 2 mm. Vhodné do menších modelů. Maximální proudové zatížení je 15 – 30 A
XT60   Pozlacené konektory o průměru 3,5 mm. Nejčastěji používaný konektor. Maximální uváděné proudové zatížení je 60 A. Zvládá však i vyšší proudy.
JST 1.25 mm   JST konektorů je opravdu hodně. Tento malý se používá u těch nejmenších modelů, Tiny Whoopů. Maximální udávané proudové zatížení je 1 A, ale zvládne o pár A více.

Silové kabely

Používají se mezi zdrojem napětí a spotřebičem, který vyžaduje větší množství proudu. Podle toho je třeba vybrat takový, který maximálním proudovým zatížením bude nejvíce vyhovovat naší sestavě. Můžete se setkat s označením podle průměru v milimetrech, průřezu v mm2, nebo s hodnotou AWG (American Wire Gauge). Silové kabely jsou složeny z měděných lanek v silikonové izolaci. Ta odolává teplotám od – 60°C až do 200°C. V tabulce jsou uvedeny používané hodnoty pro rozlišení silových kabelů a maximální proudové zatížení. Podotýkáme, že uvedené hodnoty proudového zatížení, jsou pro konstantní proud, takže vodič zvládne daleko více Ampér, ale po kratší dobu. Napájecí kabel ovšem můžete zvolit i podle toho, který je na akumulátoru, a máte po starostech s řešením parametrů.

Označení AWG Průměr jádra [mm] Průřez [mm2] Zatížení [A]
10 2,59 5,27 55
12 2,05 3,3 41
14 1,63 2,08 32
16 1,29 1,305 22
18 1,02 0,79 16
20 0,81 0,51 11
22 0,64 0,32 7
24 0,51 0,205 3,5
26 0,4 0,125 2,2

Nabíječe

Máme-li dvou a více článkové akumulátory, tak ty disponují kromě silových konektorů (většinou červený a černý silový kabel v silikonové bužírce) také balančním konektorem (JST-XH). Pomocí tohoto balančního konektoru zajistíte to, že při nabíjení budou všechny články nabité na stejnou hodnou. Vnitřní odpor nemusí být u všech článků stejný, takže při vybíjení se rozejde napětí na jednotlivých článcích (budou mít např. 3,56V, 3,50V, 3,55V, atp.) a při nabíjení je nutné tyto hodnoty srovnat. Proto by měla nabíječka disponovat balancérem (všechny moderní nabíječky jej mají). Ten může být připojený kabely, nebo být integrovaný přímo v nabíječce. Akumulátor nabijete i bez balancéru, což bude i rychlejší, ale opravdu to nedoporučujeme vzhledem k bezpečnosti a životnosti akumulátorů.

Jaký nabíječ si tedy vybrat? Záleží na vaší peněžence a potřebách. Nabíječe dělíme na ty se zabudovaným zdrojem (označované AC/DC), nebo ty, ke kterým je potřeba použít externí zdroj (označované jen DC). Ty s integrovaným zdrojem jsou kompaktnější, stačí je jen připojit buď do zásuvky, nebo k nim připojit například autobaterii.

Jednokanálový nabíječ B6AC

Dále můžeme nabíječe dělit podle složitosti a uživatelského komfortu.  Jednodušší nabíječe například jen umožní zapojit balanční konektor a o nic se dále nestarat – barevné LED diody vám indikují stav nabití jednotlivých článků. Složitější nabíječe mají většino displej a možnost nastavit mnoho parametrů a omezení, vybíjet, měřit různé parametry atd.

Dalším parametrem je počet nabíjecích kanálů. Ten označuje, kolik baterií můžeme nabíjet najednou. Když půjdete na louku létat se závodní koptérou a vezmete si jeden akumulátor, máte tak na 3 – 5 minut letu a s jednokanálovou nabíječkou budete nabíjet třeba 20 min. Ideálně ale budete mít třeba 4 – 6 akumulátorů a dvou (nebo více) kanálovou nabíječkou už to můžete točit bez větších přestávek.

Čtyřkanálový nabíječ SkyRC Q200

Další součástí nabíječů, jak už jsme zmínili výše, je balancér. U nabíječů bývá uvedeno kolika článkové akumulátory jsou schopny nabíjet. U běžných nabíječů to bývá většinou maximálně 6S.

A to je o baterkách a nabíječkách vše, podívejte se do naší nabídky baterek, nabíječky najdete v příslušenství.

Další díl