Inteligentní nabíječky akumulátorů zvyšují jejich životnost a efektivitu využití

Pokud máte na pracovišti nebo v domácnosti velký počet různých druhů akumulátorů, vrací se investice do inteligentní nabíječky velmi rychle. Doba jednorázových zdrojů je v dnešní době již překonána, a proto je velmi populární využívání nabíjecích akumulátorů.

V našich domácnostech a na pracovištích stále přibývají přístroje a nástroje, které pro svůj provoz nutně potřebují dodávat tolik potřebnou energii z baterií. Akumulátory, jejichž cena je ve srovnání s jednorázovými bateriemi vyšší, vyžadují specifické zacházení pro dosažení dlouhé životnosti a udržení vysokého výkonu. Správná péče se však majiteli určitě vyplatí.

Akumulátory s alkalickým elektrolytem tvoří druhou nejpočetnější skupinu akumulátorů po akumulátorech olověných. Elektrolytem je roztok hydroxidu draselného, který může být doplněn další přísadou. Podle materiálu aktivních elektrod rozeznáváme články nikl-kadmiové (NiCd), nikl-železné (NiFe), nikl-metalhydridové (NiMH), lithiové (iontové, polymerové), stříbro- zinkové (AgZn) a další. V současnosti jsou nejrozšířenější NiMH a lithiové akumulátory.

Nikl-metalhydridové akumulátory

Patří do kategorie akumulátorů moderních konstrukcí. Aktivním materiálem záporné elektrody jsou slitiny kovů (TiFe, ZnMn2, LaNi5, apod.), které jsou při nabíjení článku schopny vytvářet hybridy, tedy vázat na sebe vodík. Vodík, vznikající při nabíjení, se váže na kov, a tím v článku vznikne malý přetlak plynu. Měrná kapacita NiMH článku v těsném válcovém pouzdru je až 300 Wh/dm 3 a 100 Wh/kg.

Životnost akumulátorů dosahuje okolo 500 cyklů při provozování ve vhodných podmínkách. Ale vhodné podmínky nebývají pro nás v praxi většinou dosažitelné. Vezměte si například baterii vybíjenou v teplotních čidlech meteorologických stanic. V zimním období je rozsah teploty běžně hluboko pod nulou a v letních měsících zde naopak dosahujeme vysokých kladných hodnot. V těchto podmínkách se může skutečná životnost snížit i na méně než 50 cyklů.

Teplota je důležitým faktorem i při nabíjení, jelikož ovlivňuje množství energie, kterou je článek schopen pojmout. Ideální nabíjecí teplota by se měla pohybovat v rozsahu 10 - 30 °C. Při okolní teplotě okolo nuly nedochází v článku k chemickým reakcím pohlcujícím volné plyny a může dojít k destruktivní fázi. Taktéž nabíjení nad 40 °C je již velmi neefektivní, článek již není schopen akumulovat elektrickou energii.

Při vlastním nabíjení je dále důležité, aby nabíjecí proud nepřesáhl maximální povolenou hodnotu udávanou výrobcem konkrétního článku a doba nabíjení nepřesáhla povolenou dobu pro daný nabíjecí proud. Tyto parametry obvykle za nás ohlídá kvalitnější nabíječka.

V praxi se můžeme setkat s následujícími pojmy. Kapacita akumulátoru (Ah) je veličina, jež nám určuje vydaný elektrický náboj odebraný z akumulátoru. Jde o značně proměnnou veličinou, která je závislá na teplotě, stáří a stavu akumulátoru. Údaj udávaný výrobcem je minimálně zaručená kapacita za daných provozních a vybíjecích podmínek.

Jmenovité napětí zpravidla představuje zaokrouhlenou střední hodnotu vybíjecího napětí článku. Pro NiMH článek je 1,2 V. Skutečné napětí je dáno mnoha faktory a je to parametr, který se mění v průběhu nabíjení a vybíjení. Hlavními faktory jsou stav nabití a aktuální teplota.

Je-li článek nabíjen malým proudem po dobu např. 10 hodin a před začátkem nabíjecího procesu nebyl úplně vybit, může se dostavit tzv. paměťový efekt. Takový článek, ačkoliv je plně nabit, při zátěži selže. Příčinou jsou usazeniny kovových krystalů na záporné elektrodě. Snižuje se kapacita, vnitřní odpor narůstá a článek při zátěži neudrží napětí. Akumulátor je se zátěží funkční jen pár minut. Pro záchranu článku jej musíme nejprve zcela vybít, nejlépe pomocí řízené nabíječky, poté jej opakovaným vybíjením a nabíjením můžeme regenerovat.

Ideálním stavem pro prevenci paměťového efektu je tedy občasné úplné vybití, případně občasné dobíjení vyšším proudem za použití inteligentní nabíječky.

Samovybíjení je další méně příjemná vlastnost akumulátorů. Pod vlivem skladování dochází postupně ke snižování náboje, který je akumulátor při následném vybíjení schopen dodat do zátěže. Při vybíjení NiMH článků dochází ke vzniku krystalů v elektrolytu. Při samovolném vybíjení, kdy tento proces trvá delší dobu, mohou vzniknout větší krystaly, které se již při opětovném nabíjení nestačí rozpustit a důsledkem toho článek ztrácí kapacitu.

Abychom předešli tomuto jevu, skladujeme akumulátory ve vybitém stavu, případně ve stavu udržovacího nabíjení. Skladování při pokojové teplotě po dobu tří měsíců již znamená pokles kapacity o 20 až 25 %. Při teplotě 30 °C již pokles dosahuje 40 %.

Ideálním stavem pro nabitou baterii není vyjmutí z nabíječky a skladování v šuplíku, kde dochází k postupnému samovybíjení, ale tzv. udržovací nabíjení. V režimu udržovacího nabíjení je článek neustále napájen 1/40 až 1/20 nabíjecího proudu. Tím kompenzujeme samovolné vybíjení a udržujeme akumulátor stále plně nabitý.

Udržovacím napájením můžeme taktéž smazat rozdíly z nabíjení rozdílnými proudy. Kdy tedy ukončit nabíjení? Ideální je, pokud naše nabíječka sama rozpozná, že baterie je již nabita, a automaticky přepne do stavu udržovacího nabíjení.

Nejrozšířenější metodou ukončení nabíjení je sledování záporné změny napětí, v literatuře nazývanou delta U. Při nabíjení akumulátoru sledujeme maximální hodnotu napětí na akumulátoru. Jakmile dojde k poklesu maximálního napětí na akumulátoru o předem zvolenou hodnotu, zahájíme proces udržovacího nabíjení. Tato předem zvolená hodnota NiMH článku je 5 mV.

Úplné vybití NiMH akumulátoru může nastat při dlouhodobém skladování akumulátoru bez pravidelného dobíjení, při skladování akumulátoru bez elektrolytu nebo při nekontrolovatelném úplném vybití do zátěže. Při krátkodobě vybitém článku s elektrolytem je možno obnovit náboj standardním nabíjením proudem 0,1 až 0,2 Ca (tato hodnota se udává v ampérech a číselně odpovídá jmenovité kapacitě akumulátoru v ampérhodinách).

Po nabití můžeme doporučit následující vybití na konečné napětí článků 1,0 V na článek a opětovné standardní nabití. U dlouhodobě vybitých článků může nastat degradace elektrolytu a následné znehodnocení.

Lithiové akumulátory

Začaly se rozmáhat s rozvojem mobilních telefonů. Konstrukce článku využívá kovového lithia jako záporné elektrody, kladnou tvoří roztok SO 2 . Při opakovaném a nesprávném nabíjení článku může dojít ke změnám krystalické struktury lithia.

Ostré okraje krystalů lithia pronikají materiálem separátorů elektrod a mohou způsobit místní zkrat článku doprovázený nárůstem teploty. Bod tání lithia je velmi nízký (kolem 180 °C), takže v důsledku zkratu přejde lithium do tekutého stavu, v němž je prudce reaktivní, a dojde k výbuchu článku.

Z důvodu nebezpečnosti lithiových článků výrobci vyvinuli lithium-iontové akumulátory. Na záporné elektrodě začali používat oxid kobaltitolithný. Kladná elektroda se začala dělat uhlíková. Jmenovité napětí článku je 3,6 V.

Vzhledem k tomu, že je zapotřebí články chránit před vznikem nadměrné teploty, je každý článek (nebo celá baterie) vybaven elektronickým spínačem, který je schopen přerušit přívod k článku v situaci, kdy by mohla být jeho činnost poškozena. Ochranné obvody často hlídají nadproud, podpětí a přepětí.

Výběr vhodné nabíječky

Z popsaných vlastností jednotlivých typů akumulátorů je zřejmé, jak výrazně může správně vybraná a dostatečně kvalitní nabíječka přispět ke zvýšení životnosti článků a k jejich efektivnímu využívání v nejrůznějších přístrojích a nástrojích.

Nejprve bychom měli zvážit, jestli potřebujeme nabíječku univerzální pro více typů akumulátorů, nebo dáme přednost většímu počtu jednoúčelových modelů. Dál je třeba si uvědomit, že rychlost nabíjení je přímo úměrná kapacitě nabíjených akumulátorů.

Proto musíme vybírat nabíječku tak, aby nabíjecí doba nebyla příliš dlouhá. V dnešní době je standardem kapacita baterii kolem 2500 mAh. Pokud si koupíme nabíječku, která dobíjí tyto baterie déle než 8 hodin, může nám to značně znepříjemnit život.

Dalším požadavkem může být napájení z autozásuvky nebo jiného stejnosměrného zdroje. Pro venkovní použití volíme jen modely, které jsou k tomu určeny. V každém případě bychom měli volit nabíječku řízenou mikroprocesorem, která nabíjí každý článek zvlášť a po jeho dobití se přepne do udržovacího nabíjení, aby baterie nebyly zbytečně přebíjeny.

Článek Conrad Electronic Česká republika, s.r.o. ze dne středa 9. listopadu 2011

Další články od Conrad Electronic Česká republika, s.r.o.