“Céčka” a vnitřní odpor Li-Poly akumulátorů


 
Šťastná náhoda mě přivedla na web Realistické RC modely, který je veden v duchu “mých objevených Amerik”, tj. je plný názorných obrázků a popisující a vysvětlující texty jsou tvořeny na základě nikoli VÍRY (kterou bývají velmi často motivovány příspěvky na diskuzních fórech), nýbrž jsou vedeny snahou autorů popisovat skutečná PROČ a JAK se věci dějí, a to obvykle na základě vlastních zkušeností, měření a ev. výpočtů. A tak, i když se web věnuje problematice leteckého modelářství, při jeho pročítání jsem s potěšením objevoval nejednu “Ameriku”, především co se LiPoly akumulátorů týče.
 
Požádal jsem proto autory o možnost publikovat jejich příspěvky i na svém webu, a protože jsem jejich souhlas dostal, mohu vám postupně nabídnout ty příspěvky, které jsou společné oběma RC modelářským disciplinám, tj. letecké i automobilové :-)
 
Dnes tedy Céčka a vnútorný odpor LiPo akumulátorov
 

 
 
Rozšírený a upravený pôvodný článok.

Pred časom, len tak z pasie, som na skúšobnej doske zrealizoval merač vnútorného odporu (Ri) článkov LiPol batérií. Dospel som k názoru, že subjektívny pocit, že nie je LiPolka ako LiPolka, by bolo dobre zhmatatelniť. Čiže pomocou akéhosi merania zdôvodniť, prečo nie je LiPolka ako LiPolka. Alebo radšej naopak, na základe meraní určiť vlastnosti LiPolky a tým jej vhodnosť na dané použitie.

autor: Janko O.

Asi pred rokom sme s mojim bratom Miroslavom (MiOr) uskutočnili niekoľko meraní vlastností LiPoliek. Vtedy som ešte merač Ri nemal, merania boli zamerané skôr na kapacitné charakteristiky a správanie článkov počas vybíjania vyššími prúdmi. Merali sme napätia článkov, rozdiely medzi nimi, nárast teploty a vypočítali kapacity článkov. Zistili sme, že najväčší “záhul” dostávajú články tesne pred vybitím. Do tej doby sa články príliš nehrejú (ich vnútorný odpor Ri je malý), články sú zrovnané (rozdiely napätí jednotlivých článkov sú malé) a vybíjacia charakteristika je plochá (napätie článkov s postupom vybíjania klesá len pomaly). Ale potom, tesne pred vyčerpaním energie LiPolky, nastanú “fofry”. Teplota batérie náhle vzrastie (vnútorný odpor Ri rapídne stúpne), články sa “rozhodia” (rozdiely napätí jednotlivých článkov sa z milivoltov v priebehu niekoľkých sekúnd zmenia aj na pol Voltu) a celkové napätie batérie prudko poklesne. Pritom sa niektoré články prepadnú pod nebezpečnú hranicu 3Volty na článok.

Táto strata energie je taká prudká a taká náhla, že výpočtami sme dospeli k zisteniu, že od zaregistrovania poklesu výkonu motora do pristátia zostáva veľmi málo času. Tak málo, že ak som s motorovým modelom napr. 300 metrov ďaleko a nemám dostatočnú výšku, nie som schopný sa s modelom vrátiť a bezpečne pristáť. A že som pri tom možno odpísal LiPolku, to radšej ani nespomínam.

Práve výsledky týchto meraní ma presvedčili, že telemetria nie je len frajerina a zbytočnosť. A kto verí tomu, že to je zbytočnosť, tak potom tejto zbytočnosti podľahli v JETI so svojim Duplexom, v HITECu s ich Aurorou, vo FUTABE s ich práve dovyvíjanou súpravou atď. A o rok alebo dva uvidíme, kto všetko podľahol tejto pandemickej frajerine a zbytočnosti.

Ale späť k vnútornému odporu Ri. Náboj dodaný do batérie počas nabíjania ukazuje každý nabíjač, ktorý má displej. Ale vnútorný odpor článkov zobrazuje len niekoľko “vyvolených”. Z toho by sa mohlo zdať, že to nie je dôležitý parameter. Že je to inak, sa teraz pokúsim dokázať.

Keď si vyberám LiPolku, zaujímajú ma nasledovné údaje: počet článkov (napätie batérie), kapacita (schopnosť uchovávať el. energiu) a samozrejme tzv. Céčka. Počet C udáva, aký prúd môže batéria dodávať. Napr. batéria 1500mAh, 20C môže dodávať prúd až 30 Ampérov. Ale toto nie je presné. Treba upresniť, že je to prúd, pri ktorom napätie batérie (alebo článku) neklesne o viac ako 10%. Pretože batériu môžem zaťažiť aj vyššími Céčkami (prúdom), ale výstupné napätie môže byť už nepoužiteľne nízke. A navyše sa budú články nadmerne zahrievať, pretože vyvíjané teplo je úmerné druhej mocnine prúdu (Výkon = Ri x Prúd na druhú). To všetko skracuje životnosť LiPolky.

Takže o dôležitosti Céčok nikto nepochybuje, ale nad Ri každý len mávne rukou. Ale ono je to presne naopak. Ri je prvotné, Céčka sú druhotné. Alebo inak: Ri je príčina, Céčka sú následok. Pretože výrobca LiPoliek zistí hodnotu Ri použitých článkov a potom vypočíta a vyznačí zodpovedajúcu hodnotu C. Výpočet je nasledovný: C = 0,37 / (Ri x Kapacita). Číslo 0,37 je 10% z nominálneho napätia jedného LiPol článku (3,7Voltu), Ri je vnútorný odpor jedného článku v Ohmoch, Kapacita je udávaná v Ah (Ampérhodiny).

No, teória je to pekná, vzorček je fajn, ale dá sa to nejak prakticky využiť? Pokúsme sa o to. Jedna z otázok znie: Existuje priama súvislosť medzi Kapacitou a vnútorným odporom Ri? Nie, nie je. Sú to dve nezávislé veličiny. Niekto môže oponovať tvrdením, že LiPolka, ktorej po roku stúpol Ri, v modeli toľko nevydrží a teda má menšiu kapacitu. Ale pravda môže byť iná. Kapacita klesnúť nemusela, ale na väčšom Ri je väčší úbytok napätia, takže regulátor dostáva nižšie napätie, skôr začne obmedzovať alebo vypínať motor a výsledný dojem je, že batérii klesla kapacita.

Druhá otázka je: Načo je dobré merať vnútorný odpor jednotlivých článkov? V tejto otázke je zároveň aj kúsok odpovede. V tom, že je dobré občas zmerať Ri jednotlivých článkov batérie. Či sú všetky články rovnaké, pretože batéria je taká “slabá”, aký slabý je jej najslabší článok. Môžete mať na LiPolke napísané 30 C, ale ak jeden z článkov má veľký Ri, celá batéria sa javí, ako by mala sotva 10 C. Ďalším dôvodom pre meranie Ri je skutočnosť, že ten sa počas života LiPolky mení. Bohužiaľ, smerom hore. Toto je jeden z dôvodov, prečo batéria rýchlo starne a vydrží pomerne málo cyklov. Postupom času sa totiž dostáva do akejsi “špirály smrti”. Je všeobecne známe, že LiPolke škodí preťažovanie (prehrievanie zvnútra), čiže zaťažovanie väčšími prúdmi, než zodpovedá súčinu Kapacity a “Céčok”. Lenže vplyvom starnutia (chemických reakcií) vnútorný odpor článkov Ri narastá. Ale to vlastne znamená, že “Céčka” klesajú. Lenže modelár Lipolku zaťažuje stále rovnako: ako by bola stále nová. V konečnom dôsledku to znamená, že hoci LiPolku zaťažujeme rovnakým prúdom, v začiatku je to primerané. Potom vplyvom používania a starnutia mierne stúpne Ri (mierne klesne C) a už LiPolku mierne preťažujeme. Tá sa nám za to “odmení” skrátením životnosti a ďalším nárastom Ri (poklesom C). A keďže odoberáme stále ten istý prúd, teraz už LiPolku preťažujeme celkom výrazne, čo má za následok výrazné skrátenie životnosti, výrazný nárast Ri (výrazný pokles C) a keďže odoberáme stále ten istý prúd, …… Skrátka špirála smrti.

K čomu by teda malo slúžiť meranie Ri? Po prvé k zisteniu, či sú všetky články batérie rovnako dobré (alebo zlé). A po druhé k postupnému preraďovaniu LiPolky z extraligy až po dedinskú divíziu. Postupným znižovaním nárokov na prúdový odber (ako postupne narastá Ri a klesajú Céčka) je možné predĺžiť životnosť batérií a vyvarovať sa sklamaní z podozrivo krátkej životnosti LiPoliek.

Ako prílohu k tomuto článku prikladám jednoduchý program pre počítač, ktorý na základe hodnoty Ri zobrazí príslušné Céčka (a naopak), prípadne zo zadaných Céčok vypočíta maximálny odoberateľný prúd. Zo zadanej kapacity batérie zobrazí čas, počas ktorého je možné odoberať daný prúd (dobu behu motora).

V mnohých našich predchádzajúcich úvahách alebo výpočtoch sme predpokladali, že batérie majú stále také Céčka, ako je na nich napísané. Ale že to tak nie je, o tom pojednáva práve tento článok. Aké Céčka vaše LiPol batérie skutočne majú môžete bez aj bez špeciálnych meracích prístrojov jednoducho zistiť, tak ako to popisuje článok Zistenie skutočných Céčok batérie bez špeciálnych prístrojov. Pre bežného modelára je toto zrejme najlacnejšia a najschodnejšia cesta, ako zistiť “kondíciu” pohonných batérií, ačkoľvek na našej Web stránke uvádzame aj návod na výrobu Merača vnútorného odporu LiPol batérií.
 

Ján Oravec (Janko O.)

 

5.9.2010


Co je nového u kamarádů:

MoNaKo - MOdelařina NA KOleně
MoNaKo - veškeré informace (nejen) o modelech lodí
RC.305
RC.305 - stránky věnované RC autům, scale a expedicím.