Měření reálných "Céček" u baterií

Kategorie: Ostatní Zveřejněno: středa 18. leden 2017 14:05 Napsal Aleš Krátký

Akumulátory Lithium-polymer 2017

Akumulátorů na bázi lihia existuje řada různých typů. Jednoznačně největší rozšíření pro pohon elektromotorů v RC modelech si vydobyly články lithium-polymer.
Na trhu jsou už řadu let, přesto všechny jejich vlastnosti nejsou stále všem uživatelům známé.

V první řadě jde o to nejdůležitější - o jejich proudový výkon. Ten se odvozuje od kapacity a označuje číslem C. Pokud má baterie kapacitu 1000mAh, pak 10C znamená proud 10A.

Ve většině případů se proudový výkon označuje dvěma čísly, které se většinou označují jako "trvalý" a "špičkový". Ten "špičkový" je obvykle dvojnásobkem "trvalého".

Toto označení používají v podstatě všichni výrobci, je ale dost zavádějící.
Dosud totiž neexistuje žádná metodika pro určení proudového výkonu a tak se označení výkonu dá vykládat různými způsoby. 
Sejdeme se i s vyloženým klamáním, kdy prodejce používá špičkový proud jako jediné označení.
 

Jak je to tedy doopravdy? Pokud pomineme zmíněné zavádějící informace, pak "trvalý" proud je pravděpodobně možno z baterie dostat, ale je otázka, kolik při takovém zatížení vydrží nabíjecích cyklů. Obáváme se, že jejich počet bude v řádu jednotek.

Termín "špičkový" proud je pak spíše proud zkratový a počet cyklů při takovém zatížení bude velmi malý a první cyklus bude nejspíš i tím posledním.
Ani jedno z takového označení toho na první pohled moc neříká.

Z toho ale nelze vinit ani výrobce, ani prodejce. Všichni to totiž dělají stejně. Pokud na baterii, na které je nálepka 70C dá výrobce označení 35C, pak je daleko blíže pravdě. Ale jeho baterie jsou zcela neprodejné. Jiný výrobce si na tuto baterii napíše 75C - a ejhle: obchodní úspěch.
Velikost proudového výkonu je tedy možno brát jen jako porovnávací. Pak informuje docela dobře, ale požaduje podrobnější vysvětlení.

Další zajímavostí je, že např. vybíjení baterie proudem 60C trvá jednu minutu. Takové použití má smysl jen ve velmi speciálních aplikacích. Proč by tedy měly mít baterie tak velký proudový výkon? Protože poslouží pro pokrytí velmi krátkých proudových špiček- pokud je takový požadavek nutný.

 
Další problém spočívá  v tom, že vybíjecí testy baterií vůbec nejsou jednoduché. Aby nebyly zkresleny a daly se vůbec porovnávat, je třeba použít speciální vybíjecí zařízení, které je schopno vybíjet konstantním proudem, má dostatečně velký vybíjecí výkon a vybíjecí proud.

Ve firmě Dualsky třeba takové zařízení mají a je velké jako vysoká lednice.

 
A další: Co vlastně máme měřit, aby výsledky měly nějakou vypovídací hodnotu?
Vybíjet konstantním "trvalým" proudem, kterým jsou baterie označeny? Pak by byl snad zajímavý počet uskutečnitelných cyklů, který by se nejspíš pohyboval v jednotkách. Takže tudy cesta nevede.
Musíme tedy prohledat literaturu, kde najdeme zajímavé a užitečné informace.

Vycházejme z toho, že kromě proudového výkonu požadujeme od akumulátorů také rozumnou životnost.

Je všeobecně známo, že baterie se používáním opotřebovávají. Příčinou je - stručně - to, že ionty lithia (užitečné) se nabíjením a vybíjením mění na kovové lithium (neužitečné).
Tento proces se urychluje zejména vysokou teplotou. Významné urychlení nastává od teploty cca 50-60 stupňů Celsia výše. 
Baterie se při vybíjení velkým proudem hřejí. Když budeme používat jen takové proudy, při kterých se baterie nebude nadměrně ohřívat, její životnost výrazně zvýšíme.

Metoda měření
Potřebujeme tedy zjistit velikost proudu, při které se baterie ohřeje na jistou teplotu, vhodné bude držet se "při zdi" a stanovit 50 st.C. Ale jak to udělat?

My jsme se kdysi domnívali, že cestou pro vybíjecí testy bude rekuperační vybíjení do olověné baterie, které dovoluje řada nabíječů Revolectrix PowerLab. Bohužel se ukázalo, že ani poměrně velká olověná baterie není schopna pojmout požadovaný výkon a proud a to ani u relativně malých akumulátorů.

Zlom nastal začátkem prosince 2016, kdy nás napadlo nabíjet z a rekuperovat do baterie LiPo. Jako zdroj i "nádobu" pro vybíjení jsme použili jsme baterii Dualsky G5 5000-6S. A vida, ono to funguje. Měřený akumulátor se ani nemusí odpojovat, stačí jen nastavit nabíjení nebo vybíjení.

PowerLab je možno připojit k počítači, což dovoluje záznam všech důležitých parametrů nabíjení i vybíjení do souborů. Reprodukovat celý záznam procesu je možné ale není nutné. Pro naše účely postačí znát vnitřní odpor článků (ten se zjistí během nabíjení) a vybitou kapacitu (při vybíjení).

Dále je nutné měřit teplotu článku. Pro tento účel byl použit Elogger Eagletree s teplotní sondou. Záznam velikosti teploty se uloží do paměti Eloggeru a stáhne do počítače. Opět, přístroj poskytne diagram, ale důležitá je hlavně teplota na konci vybíjení.

Shodou okolností přišlo v prosinci nové číslo německého časopisu Aufwind, ve kterém je článek Markuse Müllera (autor programu eCalc) "Elektrisch aber Richtig". Článek je velmi zajímavý. Uveřejněná fakta odpovídají až na nepatrné výjímky naší dlouhodobé zkušenosti a navíc přináší nové poznatky. Ten nejzajímavější je nový termín "Real C". Jeho autorem je Gille Wayne a bližší informace je možno najít na serveru RC Groups.

Pan Wayne odvodil vzorec, podle něhož je možno odhadnout proudové zatížení, kterým se ohřeje baterie na 50 st. C. Pro výpočet je třeba znát vnitřní odpor článků a kapacitu baterie (zadáním kapacity se vyloučí závislost vnitřního odporu na její velikosti). Vzorec je v článku v časopisu uveřejněn, bohužel s malou chybou. Správný vzorec je na www.ecalc.ch.

Provedli jsme řadu testů na některých bateriích, které jsou v současné době považovány za velmi kvalitní (a které byly dostupné). Měřit levné baterie nemá smysl. Jejich kvalita se může lišit podle toho, kterou šarži dodavatel zrovna náhodou levně nakoupil.

 

Měřící sestava je na obrázku:

 

Nad nabíječem Revolectrix PowerLab 8 je zdroj - baterie 5000-6S. Napravo je adaptér FUIM-3 s propojkou USB pro připojení nabíječe k počítači. Vlevo je E-Logger s napájením, teplotní sondou mikro a USB propojkou.

Testovali jsme několik typů značkových baterií, všechny 1300-3S. Baterie byly vždy nabity na napětí na článku 4,2V (včetně typu HV) a poté vybíjeny konstantním proudem 20C (26A). Vybíjení bylo ukončeno při poklesu napětí na 3,3V. Zbývající kapacita byla 3% počáteční. Teplota okolí byla cca 24 st. C. Během nabíjení byl měřen vnitřní odpor článků a zprůměrován. Z této hodnoty a z kapacity baterie byla vypočtena hodnota Real C.



Příklad: grafy, získané při měření baterie nové Dualsky Ultra70

Nabíjení 2C, proud se nastavuje automaticky

Nabíjení 2C, vnitřní odpor:

Vybíjení, proud:


Vybíjení, teplota:


Shrnuté výsledky měření:

Nabíječ Revolectrix PowerLab 8, zdroj LiPo Dualsky 5000-6S, nab. proud 2C, ukonč. napětí 4,2 V (i pro HV)
Regenerační vybíjení proudem 20C do LiPo do napětí 3,3V (zbývá kapacita cca 3%)
Měření teploty E-logger s mikro teplotní sondou
Teplota okolí 24C.
 

  Ah  Temp W out RI1  RI2 RI3  RI prum RealC  Hmot. 
Acehe 1300-3S
75C
1,3  44,5   1246 5,1   4,8 4,5  4,8  31  125 
Dualsky Ultra 1300-3S
70C 
1,3   44 1268  4,8  4,5  4,8  31  125 
Dualsky  1300-3S
70C
1,3   48 1105  8,2  7,8 6,6  7,53  25  115 
REVO 1500-3S HV
nabito na 4,2V
1,3   44 1239  4,6  3,1  3,9  34  128 
 
 
Ve sloupci Temp je změřená teplota na konci nabíjení. W out je odebraná energie.
Ve sloupcích R1, R2 a R3 je vnitřní odpor článků v miliOhmech. Dále je odpor způměrovaný. V dalším  sloupci je vypočtena hodnota reálného C. Ve vzrorci se výpočet normalizuje tak, aby se vyloučila kapacita (čím větší kapacita, tím menší odpor) a RealC se počítá z vnitřního odporu.
Jak je vidět, výsledky měření odpovídají těm, které předpovídá vzorec: vybíjecí proud byl mírně nižší, než reálnéC a  také teplota je pod 50C. 

Pro další upřesnění by bylo možno vybíjet proudem, který odpovídá Real C, ale nemá význam baterie dále trápit.

Z výsledků vychází nejlépe baterie Revo. Nebyla přitom využita ani možnost nabíjet na napětí 4,35V.

Baterie Acehe 75C a Dualsky ULTRA 70C jsou víceméně rovnocenné. Hmotnost baterie Dualsky je včetně diodové stupnice pro měření kapacity.

Baterie Dualsky 70C už mají za sebou půlroční provoz s krátkodobými cykly s proudem cca 25A, takže jsou pochopitelně mírně opotřebované. Jsou ale také nejlehčí.

Alespoň zběžně jsme měřili baterie Tatoo 1500-4S 45C, byly podle očekávání výrazně nejslabší - mají "jen" 45C, takže porovnání funguje.

Největší výhody použitého postupu jsou následující:
- Vybíjení konstantním proudem je uskutečnitelné bez astronomických nákladů na testovací zařízení.
- Je možné, aby testy kdokoliv zopakoval a ověřil.
- Soustavným měřením vnitřního odporu je možno zjistit aktuální stav létaných baterií

V našich podmínkách není dost dobře možné měřit nějaký "zkušební počet" třeba 10 baterií, jako se to dělá v průmyslu. Tím mohou být výsledky ovlivněny.

Další informace lze najít na

ecalc.ch/index_d.html#toolbox

Doporučení pro zacházení s bateriemi pro dosažení bezpečného provozu a dlouhé životnost podle Markuse Müllera:

  • Teplota při vybíjení nesmí přesáhnout 60 st. C.
  • Je nutno použít správný nabíjecí program
  • Nabíjet proudem 1C (i když výrobce uvádí vyšší) 
  • Zásadně používat balancér
  • Skladovat při napětí článku 3,6 - 3,8 V, plně nabít těsně před použitím
  • Nevybíjet pod cca 20% kapacity

Prakticky shodná doporučení jsou obsažena v letáku, který už dlouhou dobu přikládáme ke každé baterii. Při expedici navíc každou baterii měříme. 

Ať už se budeme zabývat výpočty nebo ne, závěr je zřejmý: Maximální odebíraný proud závisí na velikosti vnitřního odporu.
To není nic nového, na to by stačil Ohmův zákon. Ale tady je vše potvrzeno měřením a do velké míry kvantifikováno. Ze všeho plyne, že komu na bateriích záleží, měl by se k nim chovat slušně a podle pravidel. Na diskusích se můžeme občas dočíst velmi kuriózní dotazy, o kterých se vážně diskutuje. Nic proti dotazům, proto fóra existují. Některé "rady" diskutujících však hraničí s návodem k rozdělání požáru.

A kdo to myslí opravdu vážně, měl by měřit vnitřní odpor clánků. To umí spolehlivě například nabíječe Revolectrix řady PowerLab a GT.

Závěrem pár poznámek

Nízká teplota
Jak je dobře známo, baterie LiPo v chladném počasí fungují hůř. Traduje se, že je to způsobeno zvýšeným vnitřním odporem. To ale není pravda.
Zhoršení funkce je způsobeno zpomalením elektrochemické reakce při vybíjení i nabíjení. 
Zhoršení funkce je poměrně dramatické: tvrdí se, že při poklesu teploty o 10C je rychlost reakce poloviční. Při teplotě -20C se reakce zastaví.
Pokud se pokoušíme dostat z baterie to, co při teplém počasí, jednak je "líná", jedna se rychleji opotřebovává.
Nabíječe Revolectrix na tuto skutečnost pamatují, vnitřní teploměr snižuje automaticky nabíjecí proud. Z výroby je nastavená hraniční teplota 10C, dá se snadno přeprogramovat.
Ale v našich podmínkách je lepší nabíjet doma a baterie udržovat při létání v teple.

Mechanické poškození
Při mechanickém poškození může dojít k vnitřnímu zkratu, který nemusí být po havárii zjevný. Teplota baterie se ale může pomalu zvyšovat a MŮŽE dojít k jejímu samovznícení i po delší době! 
Doporučuje se uložit baterii po dobu 24 hodin na takové místo, kde nemůže udělat škodu a baterii pozorovat. Pokud je poškození baterie zjevné, rozhodně doporučujeme ji dále nepoužívat! Takovou baterii je nejlépe "zneškodnit" vhozením do nádoby s vodou a posléze odevzdat do sběrného dvora.

 

Baterie Dualsky s integrovaným měřením kapacity
Některé baterie Dualsky jsou nyní vybaveny integrovaným měřičem kapacity. Stačí stisknout bod TEST a podle rozsvícených diod je možno odhadnout kapacitu.
Měření je přibližné ale mimořádně užitečné. Stačí stisk a určitě neodstarujete s málo nebo hodně vybitou baterií.
Orientační měření kapacity na louce děláme již řadu let a velmi se osvědčilo.

Článek převzat ze stránek Horejsi.cz 

Hořejší model s.r.o.

Zobrazeno: 888

Stoupák.cz je nezávislým komunitním webem. Pokud máte cokoliv, co by jste chtěli zde uveřejnit, neváhejte nás kontaktovat. Rádi se podělíme o zajímavé informace, reportáže nebo návody.

Weby přátel

Banner baterie

banner6

Chceš tu být ? napiš nám

Koho podporujeme a kdo nás ?

Chceš tu být ? napiš nám