Promocja: 40% rabatu na wszystkie książki drukowane HELION (elektronika, programowanie) + darmowa dostawa. Polecane tytuły »

Akumulatory litowo-polimerowe, Li-po – kompendium cz.2

Akumulatory litowo-polimerowe, Li-po – kompendium cz.2

W drugiej części kompendium zajmiemy się ładowaniem akumulatorów li-po. Od tanich i prostych, po drogie i zaawansowane ładowarki mikroprocesorowe.

Omówiona zostanie również charakterystyka pakietów. Pokażemy, jak przestrzegając kilku zasad, można używać ich znacznie dłużej i bezpieczniej.

« Poprzedni artykuł z seriiNastępny artykuł z serii »

Balanser

Wspomniałem już przy okazji obliczania napięcia pakietu o zjawisku rozbalansowania ogniw. Żeby zobrazować niebezpieczeństwo, jakie niesie ze sobą to zjawisko, posłużę się przykładem. Mamy pakiet 2S, 7,4V. Możemy rozładować go maksymalnie do 6V. Mierząc napięcie na zaciskach zasilania akumulatora, uzyskujemy wynik 6,5V. W rzeczywistości jednak, jedna cela ma napięcie 3,5V, a druga 3V. My natomiast myślimy, że na każdej celi jest napięcie 3,25V i możemy jeszcze bardziej rozładować akumulator. Wówczas napięcie na jednej z celi spadnie poniżej 3V i możemy uszkodzić akumulator.

Dodatkowo, zjawisko potęguje fakt, że im bardziej rozładowane ogniwo, tym szybciej rozładowuje się dalej, więc różnica między ogniwami cały czas się zwiększa. Jeśli nie wykryjemy odpowiednio szybko defektu i nie zareagujemy prawidłowo, możemy się obudzić, gdy rozładujemy jedno ogniwo niemal do 0V. Wtedy akumulator jest już prawdopodobnie do wyrzucenia - taką sytuację opisywał jeden z użytkowników Forbota.

Z pomocą przychodzi nam balanser. Z pakietów wystają 2 wtyczki. Jedna z nich ma tylko 2 przewody, czerwony i czarny. Na tej wtyczce mierzymy napięcie całego pakietu, czyli wszystkich połączonych szeregowo cel. Druga wtyczka to wtyczka balansera. Zapewnia ona połączenie z każdą celą pakietu osobno. Dobrze obrazuje to poniższa grafika.

balancer

Co nam to daje? Pozwala zmierzyć napięcia na każdym ogniwie osobno i kontrolować poziom naładowania cel.

Występują różne rodzaje balanserów. Obecnie zdecydowana większość ładowarek ma wbudowane takie urządzenie, a niektóre z nich nie umożliwiają nawet ładowania innym sposobem niż przez balanser. Innym typem są balansery podpinane pod wyjście ładowarki. Nie są one jednak popularne wśród robotyków.

Balanser podpinany pod wyjście ładowarki.

Balanser podpinany pod wyjście ładowarki.

Niestety, nie wszystkie wtyczki balanserów są znormalizowane, część firm stosuje we własnych ładowarkach i pakietach unikalne kształty. Zawsze należy się upewnić, czy wtyczka z pakietu pasuje do gniazda ładowarki.

Ładowarki

Skoro wiemy już czym jest balanser i do czego służy, możemy zapoznać się z rodzajami ładowarek.

Akumulatory li-po są ładowane metodą CC/CV. Polega ona na tym, że najpierw napięcie na akumulatorze wzrasta do maksymalnego poziomu, przy stałym prądzie ładowania. Gdy napięcie osiągnie maksymalną wartość - 4,20V na celę - zostaje ustabilizowane na tym poziomie, a prąd ładowania stopniowo spada.

Z powyższych powodów akumulatory li-po wymagają wyspecjalizowanych ładowarek. Nie przerażajmy się, obecnie łatwo dostępne są różne ich rodzaj, w szerokim zakresie cenowym. Prawie wszystkie sklepowe ładowarki, które służą do ładowania li-poli, są godne polecenia i można używać ich bez obaw o podłączone akumulatory.

Samoróbka

Zdecydowanie najtaniej jest zbudować ładowarkę samemu. Wymaga to jednak doświadczenia w budowie układów elektronicznych, dlatego stanowczo odradzam tę opcję początkującym.

Istnieje duży wybór dedykowanych układów scalonych do ładowarek li-po. Często mają zaawansowane opcje, dzięki czemu za nieduże pieniądze można zbudować przyzwoitą ładowarkę. Przykładowy projekt ładowarki znalazłem w Internecie.

Źródło: http://www.electronics-diy.com

Źródło: http://www.electronics-diy.com

Jest to prosta ładowarka dla pojedynczych ogniw li-po, zbudowana na układzie firmy Micochip MCP73833. Układ ten jest dostępny w sklepie TME za około 3,30zł brutto. Jego dokładna dokumentacja znajduje się na stronie producenta.

Odradzam budowę ładowarek początkującym. Bardziej zaawansowani z pewnością będą potrafili samodzielnie znaleźć projekty i informacje dotyczące takich układów. Stąd też nie będziemy się bardziej zagłębiać w ten temat.

Tania ładowarka z balanserem

Jest to moim zdaniem najciekawsza opcja dla osób, które chcą korzystać z dobrodziejstw akumulatorów li-po, a nie mogą wydać dużych pieniędzy. Mowa tu o prostych ładowarkach z balanserem, w cenie 30-50zł. Ich obsługa ogranicza się do podłączenia z jednej strony odpowiedniego zasilacza, a z drugiej wtyczki ładowanego pakietu. Wszystkie akumulatory ładowane są takim samym prądem (zazwyczaj około 800mA), co niestety może wpłynąć niekorzystnie na niektóre z nich.

Ładowarki te mają przeważnie dwa gniazda balansera: dla pakietów 2S i 3S (najczęściej wykorzystywanych pakietów w robotyce). Wystarczają do prawie wszystkich zastosowań. Sam długo korzystałem z takiej ładowarki. Muszę przyznać, że w zupełności nadaje się do podstawowego ładowania pakietów.

Jako przykład podam dwa modele. Najpierw ładowarka e-sky:

eskay

Kosztuje 30-40zł. Wymaga jednak podania zewnętrznego zasilania 10-15V, 1A. Można wykorzystać dołączone do zestawu "krokodylki" i podłączyć nimi ładowarkę do dużego akumulatora żelowego, zasilacza stabilizowanego czy przerobionego zasilacza komputerowego ATX. Moim zdaniem najlepszym wyjściem jest zakup zasilacza 12V (minimum 1A) z odpowiednim wtykiem. Kosztuje około 15zł, a ładowarka staje się poręczniejsza. Stan pracy ładowarki sygnalizowany jest diodami LED.

Inną ciekawą ładowarką tego typu jest Redox One:

redox

Kosztuje niecałe 50zł, ale ma jedną przewagę: nie wymaga dodatkowego zasilacza. Jest zasilana bezpośrednio z 230V. Przewód sieciowy jest dołączony do zestawu. Działanie i pozostałe funkcje są identyczne jak w E-sky oraz wielu innych podobnych modelach.

Ładowarka mikroprocesorowa

Ostatni typ, jaki chciałbym opisać, to ładowarki mikroprocesorowe, w których to właśnie mikroprocesor steruje całym procesem ładowania. Ten typ posiada dużo więcej funkcji dla ładowania i rozładowywania akumulatorów (nie tylko li-po). Możemy wybierać pomiędzy ładowaniem z lub bez balansera, ilością ogniw, możemy dobrać prąd oraz kilka innych przydatnych parametrów. Ładowarka na bieżąco monitoruje napięcie i zlicza czas ładowania. Istnieje możliwość zapisywania kilku kombinacji ustawień.

Niestety, te wszystkie funkcje kosztują. Za ładowarki mikroprocesorowe trzeba zapłacić 140-200zł. Jest to jednak urządzenie znacznie ułatwiające pracę. Polecam je wszystkim, którzy mogą i chcą przeznaczyć więcej pieniędzy w zamian za profesjonalne narzędzie.

Przedstawię teraz 3 modele ładowarek, które powinny zainteresować kogoś, kto szuka urządzeń tego typu. Pierwszą z nich jest Turnigy Accucell 6:

IMG_4f00a64c4f49e5072

Sam się na nią skusiłem. Pozwala na ładowanie 1-6 cel li-po, prądem maksymalnie 6A. Posiada wszystkie wyżej wymienione funkcje. Kosztowała mnie 120zł.

Ładowarka wymaga osobnego zasilacza, o napięciu 11-17V i natężeniu do 5A. Odpowiedni zasilacz kosztuje 50zł, co w porównaniu do ładowarki nie jest niską kwotą. Bez obaw! Możemy używać ładowarek o napięciu 12V i dużo mniejszym natężeniu prądu (1,5A), jeśli tylko ładujemy akumulatory odpowiednio niższym napięciem i natężeniem. Mnie do akumulatorów 7,4V 800mAh spokojnie wystarczał wspomniany zasilacz 12V 1,5A. Jeśli zasilacz ma zbyt małą wydajność prądową, ładowarka poinformuje nas o tym i nie rozpocznie ładowania.

Jeśli jednak potrzebujemy potężnego zasilacza do większych akumulatorów, to również można sobie poradzić na inne sposoby. Do zestawu dołączone są krokodylki, możemy więc podłączyć ładowarkę do dużego akumulatora żelowego bądź do zasilacza o dużych prądach. Jeśli nie mamy niczego takiego, albo nie chcemy nosić ze sobą ciężkich akumulatorów samochodowych, możemy przerobić zasilacz komputerowy ATX. Najlepszym rozwiązaniem jest zakup zasilacza do laptopów, dzięki czemu uzyskamy niewielki zasilacz o dobrych parametrach.

Drugą, niemalże identyczną ładowarką jest Redox Beta:

IMG_4f00a994263ed9204

Również posiada wyżej wymienione funkcje. Można nią ładować do 6 ogniw, maksymalnie prądem  5A. Jest dostępna w polskich sklepach internetowych. Za 150-160zł można kupić wersję z zasilaczem, dzięki czemu odpada dodatkowe zmartwienie.

Trzecia opcja to ładowarka HobbyKing ECO6:

IMG_4f00ab091a2be7661

Wydaje się podobna do Turnigy Accucell 6. Całkiem słusznie, ponieważ jest to jej podróbka. Posiada prawie wszystkie funkcje oryginalnej wersji. Znajduje się w plastikowej obudowie (zamiast metalowej). Jest za to odpowiednio tańsza. Niektórzy użytkownicy narzekają jednak na jakość niektórych części użytych do jej budowy - głównie na przyciski i części elektroniczne.

Nie są to jedyne bardzo podobne modele. Wiele innych ma niemalże tę samą budowę, ten sam program, a różnią się drobiazgami, kolorami i ceną. Na dowód ładowarka Redox Alpha:

redox_alpha

Charakterystyki pakietów li-po

Poniższych wartości i wykresów nie należy przyjmować jako "sztywnych". Mają na celu zobrazowanie zjawisk typowych dla akumulatorów li-po. Prawdziwe wartości zależne są od wielu czynników. Wszystkie wykresy pochodzą ze strony http://www.yokenergy.com

Wykres ilustruje proces ładowania akumulatorów metodą CC/CV. Widać dokładnie, jak w początkowym okresie ładowania prąd jest stały, a napięcie rośnie. W momencie, gdy napięcie osiąga wartość 4,2V, stabilizuje się na tym poziomie, a prąd zmniejsza się niemal do zera. Przez cały ten okres pojemność wzrasta, dlatego właśnie napięcie 4,2V na ogniwie nie oznacza, że akumulator jest w pełni naładowany.

wykr1

Nie będzie to pewnie dla nikogo zaskoczeniem, że ogniwa li-po nie rozładowują się liniowo. Wspomniałem już, że w okolicach napięcia znamionowego ogniwo "pracuje" najdłużej - po osiągnięciu 3,4V rozładowanie trwa bardzo szybko. Szybkość rozładowania jest zależna od pobieranego prądu - im jest większy, tym szybciej rozładowujemy akumulator.

wykr2

Po pewnym czasie akumulator zaczyna tracić pojemność. Do pierwszych stu cykli ładowania pojemność jest równa 100-95% pojemności akumulatora. Po około 300 cyklach będzie wynosić już około 90%, a po następnych 200-300 cyklach spadnie do około 85%.

wykr3

Podsumowanie części drugiej

W tej części opisano najczęściej spotykane ładowarki oraz różnice między nimi. Warto również zapamiętać powyższe wykresy. Dzięki nim dużo łatwiej zapamiętać najważniejsze cechy akumulatorów litowo-polimerowych. Kolejna część kompendium dotyczy bezpieczeństwa. Znajdują się w niej informacje dotyczące bezpiecznego używania oraz przechowywania akumulatorów litowo-polimerowych.

« Poprzedni artykuł z seriiNastępny artykuł z serii »

accucell, balanser, bezpieczeństwo, e-sky, Li-po, pożar, redox, ładowarka

Trwa ładowanie komentarzy...