Podstawowe wytyczne doboru i eksploatacji akumulatorów li-pol


Właściwy dobór akumulatora to jedna z podstawowych zasad jego długiej eksploatacji.
Akumulator Li-pol charakteryzuje się następującymi parametrami:
  • Napięcie znamionowe, określane także liczbą S czyli liczbą połączonych szeregowo cel li-pol (1S=3,7V, 2S=7,4V, 3S=11,1V, 4S=14,8V, 5S=18,5V, 6S=22,2V)
  • Pojemność prądowa, określana liczbą mAh (2200 mAh oznacza, że akumulator ten może być obciążony prądem 2200mA, czyli 2,2A, przez okres 1h)
  • Wydajność prądowa określana liczbą C (akumulator 2200 mAh, 25C może być obciążony prądem ciągłym:  2200/1000 x 25 = 55A
  • Masa akumulatora, najczęściej im wyższa klasa C tym akumulatory są cięższe.

Dobór akumulatorów Li-Pol
  1. Dobieramy napięcie V akumulatora (np. 2S-7,4V) tak, aby odpowiadało napięciu wymaganemu w danej aplikacji – np. 7,4 V czyli akumulator 2S
  2. Określamy oczekiwany czas pracy akumulatora – np. 5 min.
  3. Określamy  maksymalną dopuszczalną masę akumulatora (przykładowo - 110 g lub 280 g):
    • 110 g to akumulator ok  2000 mAh
    • 280 g to akumulator ok. 5000 mAh
  1. Obliczamy natężenie prądu elektrycznego, które mamy do dyspozycji w czasie 5 min pamiętając, że użytkowo mamy do dyspozycji ok. 90% pojemności znamionowej akumulatora (zbyt głębokie rozładowanie powoduje bardzo szybką utratę pojemności akumulatora)
    • [2000 mAh x 0,9 x (60min/5min) ]/1000= 21,6A
    • [5000 mAh x 0,9 x (60min/5min) ]/1000= 54A
Dla tak obliczonych warunków pracy (tj. 7,4V i 21,6A lub 7,4V i 54A) dobieramy silnik napędowy. Ustalenie optymalnego doboru jest możliwe jedynie w czasie sprawdzenia praktycznego.
  1. Dobieramy minimalną wymaganą klasę akumulatorów:
    • 21,6/2,0=10,8C
    • 54,0/5,0=10,8C
Modelarska praktyka eksploatacyjna nakazuje dobierać akumulator o wydajności 2-3 raza wyższej niż wynika z obliczeń. W warunkach eksploatacyjnych aktywnie sterujemy napędem, co powoduje bardzo duże chwilowe wahania obciążenia silnika i równie duże wahania natężenia prądu pobieranego z akumulatora. Wydajny akumulator nie nagrzewa się w czasie pracy, utrzymuje stabilne napięcie w czasie zmiennych obciążeń – z punktu widzenia użytkownika jest wrażenie, że akumulator dłużej pracuje.
  1. Dobieramy akumulator do powyższych wymagań:
Każdy akumulator typu 2S -7,4V o wadze poniżej wymagań związanych z masą o najwyższej liczbie C spełniającej wyznaczone ograniczenia wagowe.
Dla wagi 110 g możliwy jest dobór  akumulatorów:
    • 2S1P 2000 mAh 20C, 
a dla wagi 280 g
    • 2S1P 5000 mAh 25C
 
Alternatywny dobór akumulatora:
  1. Dobieramy napięcie V akumulatora tak, aby odpowiadało napięciu wymaganemu w danej aplikacji – np. 11,1 V czyli akumulator 3S
  1. Określamy oczekiwany czas pracy akumulatora – np. 15 min.
  1. Pomijamy  maksymalną dopuszczalną masę akumulatora (jako nieistotny parametr)
  1. Określamy – analizując dane techniczne np. silnika napędowego - wymagane natężenie  prądu elektrycznego (np. 15A) które musimy dostarczyć w czasie 15 min, pamiętając, że mamy do dyspozycji (użytkowo) ok. 90% pojemności znamionowej akumulatora (zbyt głębokie rozładowanie powoduje bardzo szybką utratę pojemności akumulatora):
    • (15A x 15min/60min)/0,9 = 4,166 Ah = 4166mAh
Dla tak obliczonych warunków pracy dobieramy akumulator zasilający - najbliższy odpowiadający wymaganiom np. LiPol 4200 mAh 11,1V 35C  (ustalenie optymalnego doboru jest możliwe jedynie w czasie sprawdzenia praktycznego)
  1. Sprawdzamy minimalną wymaganą klasę akumulatorów:
    • 15A/4,2Ah=3,6C, czyli akumulator klasy 35C spełnia wymagania z ogromnym zapasem
 
Należy dobierać najwyższe możliwe klasy C – czyli najwyższe możliwe wydajności prądowe  akumulatora - co zapewnia praktycznie stałe napięcie zasilające oraz niską temperaturę pracy akumulatora. Stałe napięcie podawane przez akumulator zapewnia komfort użytkowania (latania, jeżdżenia, pływania czy też strzelania bronią ASG, a niska temperatura pracy zdecydowanie przedłuża trwałość akumulatorów Li-pol

Uwaga dla użytkowników broni ASG
Broń ASG może być fabrycznie dostosowana do akumulatorów typu NiMH. Akumulatory te charakteryzują się znacznie niższą wydajnością prądową niż akumulatory Li-Pol. Oznacza to, że użytkownik powinien upewnić się, czy zespół napędowy wytrzyma zastosowanie bardzo wydajnego akumulatora. Może okazać się, że wymagany jest tuning takiej broni. Do akumulatora Li-Pol należy bezwzględnie zastosować wskaźnik napięcia lub ogranicznik rozładowania nastawiając go na napięcie ok. 3,3-3,4V/celę. Głębsze rozładowanie skutkuje szybkim uszkodzeniem akumulatora Li-Pol.
Ładowanie i przechowywanie akumulatorów Li-pol
Każdy producent określa maksymalne napięcie ładowania pojedynczej celi li-pol. Wartość ta wynosi najczęściej 4,2V/celę. W procesie ładowania zalecane jest stosowanie balanserów czyli urządzeń, które monitorują napięcia na każdej celi i dążą do wyrównania napięć w całym pakiecie. Balansery pełnią podwójną rolę. Zabezpieczają przed przeładowaniem lub niedoładowaniem pojedynczych cel. Zarówno przeładowanie jak i niedoładowanie jest groźne dla akumulatora. Niedoładowanie pojedynczej celi skutkuje jej przedwczesnym zużyciem, Przeładowanie także jest niebezpieczne. W skrajnym przypadku może grozić samozapłonem akumulatora.
  • Proces ładowania musi być nadzorowany. Do ładowania stosować należy tylko ładowarki obsługujące akumulatory Li-Pol, kończące proces ładowania przy napięciu 4,2V/1celę (max 4,25V/1 celę)
  •  Zaleca się, aby w czasie ładowania akumulator był podłączony do balansera (zdecydowanie wydłuża to żywotność akumulatora). Temperatura ładowania +15stC do +35stC.
  • Stosowanie maksymalnego prądu ładowania jest dopuszczalne lecz należy liczyć się z obniżeniem trwałość akumulatora o ok. 15%-30%.
  • Zbyt głębokie rozładowanie akumulatora - poniżej 3,3V/celę obniża wydajność - wzrasta opór wewnętrzny akumulatora.
  • W czasie rozładowania akumulator nagrzewa się. Nigdy nie należy przekraczać temperatury +65stC.
  • Akumulatory należy przechowywać w temperaturze od -20 do + 40stC w stanie: rozładowany do ok 35%-40% (napięcie ogniwa ok 3,8V/1 celę). Co 2-3 miesiące należy przeprowadzić 1 do 3 cykli ładowania/rozładowania.
  • Nigdy nie wolno dopuszczać do zwarcia akumulatora

Podsumowanie
Utrata pojemności akumulatorów li-pol jest zjawiskiem normalnym wynikającym z technologii produkcji.
Należy zawsze świadomie dobierać klasę akumulatorów do planowanego zastosowania. Praca ogniw na granicy wydajności – to przyspieszone ich zużycie. Czyli (w zdecydowanej większości przypadków klasa 25C…35C jest optymalnym rozwiązaniem technicznym i ekonomicznym).
Przy eksploatacji akumulatorów li-pol (we wszystkich zastosowaniach) nie powinno się dopuszczać nigdy do spadku napięcia poniżej 3,3V/celę. Akumulator odwdzięczy się dłuższą żywotnością. Większość regulatorów posiada możliwość nastawienia napięcia odcięcia i należy zaprogramować na wartość powyżej 3V/ogniwo (ustawienie zależy od możliwości regulatora). Jeżeli nasz regulator nie ma takiej funkcji to należy tak dobrać czas eksploatacji aby wykorzystać 85%-90% pojemności znamionowej danego pakietu li-pol.
Ładowanie należałoby prowadzić (jeżeli mamy taką możliwość) prądem od 1C do 3C (mimo dopuszczenia przez niektórych producentów 6C do 10C). Przedłuży to istotnie trwałość ogniw. Ładowarka powinna kończyć ładowanie po osiągnięciu 4,2V/ogniwo (akceptowalną wartością jest także 4,25V/ogniwo). Stosowanie balanserów w każdym przypadku przedłuża żywotność akumulatorów, nie dopuszczając do przeładowania pojedynczych ogniw, czyli zapewniając ich równomierne naturalne zużycie oraz, co jest bardzo istotne, zapewniając bezpieczeństwo, eliminując możliwość przeładowania ogniwa,czyli przypadkowego zapłonu.
Zgodnie z zaleceniami większości producentów - jeżeli pakiety li-pol mają być przechowywane przez kilka miesięcy to najlepiej rozładować je do 35%...40% pojemności znamionowej (3,8V/celę) i przechowywać w chłodnym miejscu (w temperaturach między  0oC a 20oC).

Godnym polecenia jest przyjęcie zasady, że akumulatory Li-Pol zawsze przechowujemy rozładowane do 3,8V/cele (nawet w czasie kilkudniowych przerw w eksploatacji), a jedynie w okresach użytkowania ładujemy do 4,2V.

Stosowanie się do powyższych (wynikających z wieloletniej praktyki modelarskiej) zasad pozwoli na znaczne przedłużenie czasu eksploatacji i utrzymanie wysokich wydajności prądowych.
 
Lipiec  2013, (JN)