Laddningsbara batterier ( celler)
Denna artikel kommer att handla om Laddning skötsel av NiCd, NiMh och slutligen LiPo celler.
Men låt oss först bekanta oss med de termer som användes och de storheter som också normal förekommer när man i dagligt tal benämner laddningsförlopp.
Acce är lika med laddnings bart batteri kan vara NiCd NiMh eller LiPo. På marknaden finns mängder av olika batterier med det är endast de som är uppladdningsbara som i dagligt tal kallas acce ( ackumulator). En acce är oftast sammansatt av flera celler, en cell på tex NiCd eller NiMh har oftast en polspänning utan belastning, fullt laddad på ca 1,5 volt, med belastning ca 1,2 volt.
En LiPo cell har en polspänning på 3,6 till 3,7 volt utan belastning och ca 3,2 volt med belastning.
Ampere är lika med ström 1 ampere (amp) är lika med 1000 ma. Storheten för strömstyrkan är i högsta grad mätbar.
Har vi en elmotor som förbrukar 2,5 amp eller 2500 ma / per timme, så kan och ska vi kunna mäta detta. Amp och spänning hänger alltid i hop, har vi ingen spänning har vi inte någon ström och vice versa. Ökar vi spänningen så ökar också strömmen.
Som exempel en acce på 700 ma ska kunna lämna 700 ma ström under en timme och då 1500 ma under en halv timme osv.
C är lika med cellens eller cellernas kapacitet. Ex en cell på 700 ma, då är 1 C lika med 700 ma. C skulle man direkt kunna översätta till
ordet kapacitet. Eller för att på ett populärvetenskapligt sätt åskådliggöra vad jag menar. En acce på 700 ma kan man ” hälla i 700 ma
ström”. Man kan se detta som att hålla i vatten i en behållare. En acce på 2000 ma då är 1C alltså 2000ma. Ska man ladda med 2 C
i denna acce då laddar man med 4000 ma. Seriekopplar man flera accar på exempelvis 700 ma så är 1 C fortfarande 700 ma.
Men om man däremot lägger två accar på 700 ma parallellt, då ökar 1C till 1400 ma.
Delta V metoden, de flesta på marknaden förekommande laddare använder denna laddmetod, den innebär i korthet att varje
gång en cell eller en acce laddas med ström, så sker följande förlopp: När cellen eller accen är laddad till ca 80% av den totala kapaciteten då sjunker spänningen i den laddade accen/cellen, det kan röra sig om så lite som om 5 – 10 mv.
Just detta är förfarande är delta V metoden.
Denna spänningsförändring detekterar laddaren, som sedan avbryter laddförloppet och gör en intern beräkning för att kunna ladda accen helt full (i verkligheten sker alltid en viss överladdning, för att hyfsa till data)
Nämnas kan också att en NiCd acce ger en betydligt större peak än vad en NiCd acce ger.
Ändå går det med hjälp av vissa justeringar av peakpunkten att kunna ladda (med viss försiktighet)
både NiMh och NiCd accar med samma inställning på peakpunkten. Säkrare är dock att ha separata inställningar.
Volt är lika med spänningen i volt, utan ström ingen spänning, vi talar i vårt fall alltid om likström, om vi har ett batteri på 12 volt med två poler är den ena polen +12 volt och den andra 0 volt. Man hur ofta i dagligt tal att batteriets poler benämns + 12 volt och – 12 volt detta skulle då ge spänning på 24 volt.
Detta är helt fel + 12 volt och 0 volt gäller.
Strömtäthet är egentligen ett modeord som åskådliggör hur mycket ström vi kan ladda in i en viss total yta på en acce, för oss vanliga
användare räcker det gott med att använda storheten C.
Mod
ern laddare med ballanserare för LIPO celler
Man skulle kunna kalla detta med hög värme vid laddning, ett ökat slitage med förkortad livslängd av accen.
Vid uppstart av laddförloppet arbetar de flesta laddare enl. denna princip:
Laddaren lägger ut en spänning oftast på ca 40 volt, känner av att polariteten är rätt, känner av polspänningen i accen direkt och efter
en kort stund göres en kalkylering, för att kunna avgöra hur många celler som finns att ladda.
Därefter lägger laddaren på en konstantström ibland inställbar, under en tidsperiod på ca 2 – 5 minuter för att kunna undvika alla felaktiga peak,ar som oftast förekommer i början på laddförloppet.
Därefter går laddaren över i automatik och går ut ca 1 gång i minuten och mäter på accen, justerar laddströmmen gör en ny intern beräkning efter en speciell logaritm och startar sedan upp laddförloppet igen.
När Delta V avkänningen signalerar ca 80 % full acce, då börjar laddaren kalkylera vad som behövs för att kunna ladda helt fullt (och lite till).
När laddaren signalerar eller börjar blinka är accen klar att använda.
I laddaren finns eller SKA finnas säkerhetsystem, som garderar om något oförutsett händer, ponera att det inte kommer en peak, eller att denna
är för liten för att ladddaren ska kunna uppfatta den, i detta läge skulle laddaren ladda accen tills den kanske slår eld.
Nu finns det och ska också finnas i allt som med goda skäl kan kallas laddare en tidsbaserad säkerhetfunktion (timer ofta inställbar) som
avbryter ett felaktigt förlopp.
Därför tycker jag att två absoluta minikrav på en laddare ska vara att den har en display som visar spänningen i volt och strömmen i ma
eller i amp. Laddaren ska också vara försedda med en säkerhetstimer som avbryter ett felaktigt laddförlopp!
Utan detta utorgan som en display utgör, sker all laddning mer eller mindre i blindo.
All laddning utan föregående urladdning är en påfyllnad av den redan existerande laddningen som finns kvar i cellen eller i accen.
Låt oss använda en 700 ma acce som exempel, där den totala kapaciteten enl tillverkaren är 700 ma uttag av ström under en timmas tid.
Om vi laddar ur denna acce till ca 1 volt per cell, då har vi ju inte använt denna totala kapaciteten, utan kvar finns lite ström att hämta.
Nu gör vi inte detta pga att en cell som går under ca 1 volt spänning, löper stor risk att skadas och även att polvändas!
När ditt fartreglage kopplar bort elmotorn i flygplanet, då sker detta med en gardering för att ström ska finnas kvar för att under betryggande
förhållande kunna landa flygplanet. Det finns en ibland ganska stor reserv att tillgå för detta ändamål.
När man då landar och har väntat att accen ska kallna ner minst till ca 30 grader innan laddning sker, då kan vi INTE förvänta oss att vi kan på laddaren se att vi har fyllt i lika mycket som accens kapacitet anger, vi har ju fyllt på med ström.
Låt alltid accen kallna mellan laddningar en liten 12 volts kylfläkt snabbar på processen, men ladda aldrig en varm acce!
Generellt talar vi om Max värme som ej skadar accen på absolut max 45 grader.
Olika celler och deras olika karaktärer.
NiCd
Detta är dom gamla beprövade laddbara cellerna med en nominell polspänning på ca 1,2 volt och med en kapacitet på mellan 50 ma och upp
till många tusen ma, är detta fortfarande den absolut mest mångsidigt typ av laddningsbara celler. NiCd har en hög strömtålighet, den har
också oftast en låg inre resistans. den har en god förmåga att även kunna laddas med höga strömmar. Självurladdningen är relativt låg omkring
eller lägre än 5 % per dygn. Men tyvärr Cd som står för kadmium är en mycket giftigt ämne. därför ska alla NiCd accar lämnas tillbaka till
en miljöstation för destruktion.
Tyvärr finns det en inbyggd minnesfunktion i alla NiCd celler, denna fungerar så att cellen lär sig ganska snabbt hur mycket man tar ut ur den.
Tar man som exempel ut ca 300 ma varje gång ur en 600 ma cell, så kommer den så småningom att bara kunna leverera ca 300 ma!
Botemedlet mot detta icke önskvärda minne, är att minst var tionde gång ladda ut cellen till 1 volt per cell och sedan ladda upp den igen.
Detta förfarande bryter bort cellens minnesefekt.
Långtidsförvaring bör ske kallt och med cellen urladdad till 1 volt per cell i ett accpaket. För att sedan återställa den förvarade cellen eller accpaketet krävs minst 3 st ur och iladdningar innan accen/cellen ”vaknar” till liv igen.
Viktigt att tänka på för den som lägger undan sin radioutrustning inför vintern.
Accpaketets förmåga att ta mot laddning minskar betydligt efter en längre tids vila, för att återställa den ursprungliga kapaciteten
krävs att accen ” cyklas” ( minst tre ur och i laddningar innan den användes, detta gäller i högsta grad NiCd celler men även NiMh.
LiPo cellerna däremot drabbas inte av detta problem.
NiCd celler tål höga strömmar både som laddning och urladdning, cellen har en ganska låg självurladdning, tål verkligen att missanpassas
men är tyvärr mycket giftig, får finnas kvar i handel tom fram till år 2008.
Kan ibland laddas med både 1 och 2 och ibland 5 C, mycket tolerant typ av cell. Se alltid tillverkarens anvisningar.
För att ta ut 1000 ma ur en cell måste denna cell laddas med ca 1400 ma eller 140%!
Vikt ungefär som en NiMh cell.
NiMh
Är egentligen en utveckling av NiCd cellen där man har ersatt ämnet kadmium med ett mycket mindre giftiga ämnen. Utmärkande för dessa 1,2 volts celler är lägre strömtålighet än NiCd, ungefär dubbel så hög självurladdning, betydligt långsammare laddförlopp som alltid avslutas med en relativt varm acce. Utvecklingen har ändå fört denna typ av laddbar cell betydligt framåt speciellt de sista åren, de första
NiMh celler som presenterades var mer eller mindre en ren katastrof.
Kan laddas med relativt enkla laddare normalt 0,1 C eller lite till, prova dig fram, men tänk på 45 grader max.
Snabbladdningsbara celler brukar klara 1C och ibland mera, följ alltid tillverkarens anvisningar.
Har en högre kapacitet än en NiCd cell har, men kräver genom denna högre packningstäthet alltid lägre laddström och följaktligen långsammare laddning och ett mindre strömuttag..
Denna högre kapacitet (packningstäthet) ger också ett högre inre motstånd och att mera värme kommer att utvecklas under laddförloppet.
Väger ungefär som en NiCa cell.
Är rent miljömässigt rätt, kan slängas sorterade bland sopor, men har aldrig nått upp till vad NiCd celler kan prestera, vad gäller stora strömuttag och snabba laddningar.
NiMh har inga märkbara minneseffekter som NiCd celler har.
För att ta ut 1000 ma ur en cell måste denna cell laddas med ca 1400 ma eller 140%!
Modern LIPO RC Flight
LiPo
Dessa celler som betydlig avviker från de både förut beskrivna och denna avvikelse sker på alla sätt. Nominell polspänning ca 3,6 volt
LiPo celler kräver en speciellt anpassad laddare, cellerna laddas med en variation av både spänning och ström.
Dessa celler ställer stora krav på laddaren, personligen upplever jag de LiPo laddare i prisklassen 200 kronor som saluföres på marknaden just nu som en tidsinställd BOMB.
Absolut minimikrav på laddaren ska var att det finns en display och ett inbyggt tidsbaserat säkerhetssystem.
Läs mera om LIPO och riskerna med LiPo celler.
Fördelar för LiPo celler är:
Mycket hög strömtäthet, hög nominell spänning, relativt bra strömuttag, mycket låg vikt, extremt låg självutladdning..
Nackdelar är:
Kräver en mycket bra laddare, är mycket brandbenägna. Laddning är i varje fas egentligen kritisk och med mycket små marginaler.
LiPo cellerna är dessutom mycket känsliga för mekanisk slitage, en penetrering med ett föremål medför med stor sannolikhet att brand uppstår, en brand som är mycket svår att släcka då brandförloppet frigör i cellen bundet syre.
Alla LiPo celler ska laddas med 1C under övervakning, med cellen eller accen på ett inte brännbart material, brandsläckare bör alltid finns i närheten. Brandsläckare stoppar inte branden men kan minska risken skador på omgivningen!
Strömuttag:
Följ ALLTID tillverkarens rekommendation om max strömuttag, anges 4 C så är det 4 C som gäller och inte mera!
Kom i håg att ju mera ström du tar ut över vad tillverkaren rekommenderar, ju kortare livslängd får din celler!
Cellerna är lika känsliga för underspänning som för överspänning, kräver därför speciella fartreglage, med en helt annan ”cut off” spänning.
Tänk på om du byter ut ett accpaket med NiCd eller NiMh celler till ett paket med LiPo celler, så ökar oftast spänningen och därmed också strömmen, anpassa till denna nya spänning med LiPo celler genom att tex byta till en mindre propeller eller en annan utväxling i växellådan.
Kontrollera noga genom att mäta strömförbrukningen att du inte överskrider max strömuttag.
Vid krav på ökat eller större strömuttag är det alltid paralellkoppling av celler som gäller.
Om vi kopplar 3 celler med 700 ma kapacitet i serie, så får vi en spänning på ca 11 volt och en total kapacitet på 700 ma.
Om vi däremot kopplar dessa tre celler parallellt, så får vi 2100 ma kapacitet och ca 3,6 volts spänning.
Naturligtvis kan vi koppla dess tre parallellkopplade celler i serie med tre andra parallellkopplade celler och då få 7,2 volts spänning med en kapacitet på 2100 ma
Utvecklingen av dessa celler fortgår, redan nu finns celler med inbyggda skydd för överladdning, ofta inbyggt i varje cell.
Accpaket ska alltid placeras så att ytterhöljet inte kan skadas. Emballera gärna accpaketet med ett väl ventilerat skydd.
OBS Max 1 volt per cell i överspänning.
Laddning av LiPo celler
Normalt är cellerna på en nominellspänning 3,6 eller 3,7 volt, detta ger för ett trecellspaket 10,8 respektive 11,1 volt och en normal högsta spänning på detta antalet celler under laddning är ca 12,50 volt.
Under laddning kommer då displayen på laddare att visa på ca 12,70 volt vid en fullt laddad LiPo acce med tre celler.
Detta ger vid laddaren per cell 4,25 volt (som också är den maximalt tillåtna spänningen) och i cellpaketet ungefär samma spänning något lägre pga motstånd i laddkablar osv.
4,25 volt – 3,6 volt ger en överspänning (helt normal) på 0,65 volt.
Men här finns en tolerans på endast 0,45 volt per cell innan det börjar att bli riktigt kritskt.
Färdigladdat trecellspaket med 3,6 volts celler har en spänning på ca 12,30 volt.
Färdigladdat trecellspaket med 3,7 volts celler har en spänning på ca 12,50 volt.
Det är mycket små toleranser mellan succe och brand.
En LiPo cell ska laddas med max 1C, en eller flera cell i serie på ex 700 ma ska laddas med 700 ma och inte mer.
Efter ca 1 timme har cellen en laddning på 80 – 90 % därefter återstår en påfyllnad som tar ca 20 – 40 minuter.
Obs överladda aldrig dessa celler.
Alla former av LiPo celler ställer mycket höga krav på laddutrustningen. Skillnaden mellan en riktigt laddad LiPo cell och en brand är egentligen hårfin, eller 0,45 Volt!
LiPo celler KRÄVER laddare med display och med inbyggda säkerhetssystem i laddaren och manuell övervakning av laddförlopp.
Epilog
De mera traditionella och utprovade cellerna NiCd och NiMh är fortfarande ohotade om man med LiPo cellens fördelar väger in dess nackdelar och den relativt stora risk som man ändå måste kalkylera med vid användningen. Tyvärr verkar inte hobby branchen ha tagit alla dessa larm om bränder och olika intendenter på allvar, utan nu tycks det poppa upp LiPo laddare för en eller ett par hundralappar
på marknaden. Naturligtvis saknar dessa laddare all form av möjlighet till övervakning av det kritiska laddförloppet och man kan starkt misstänka att inga säkerhetssystem finns inbyggd i dessa billiga laddare.
Varning för billiga LiPo laddare och konsekvenserna av att använda dessa laddare!
Arne Nohlberg 2009 09 06
Modern laddare med ballanserare
Laddningen generellt
Oavsett vad eller vilka celler vi laddar så handlar all laddning om att starta upp en kemisk process. Jag tror jag nöjer mig med denna förklaring, denna artikel tenderar att bli allt för lång, utan att i detalj redogöra för denna ganska komplicerade process.
Om vi laddar stora eller små accar eller en enstaka cell, så kan vi ladda in en viss mängd ström i denna cell/acce.
När accen blir full (jämför med att hålla vatten från en tillbringare till ett glas) då rinner vattnet över.
I accen sker följande den ström som inte accen kan lagra förvandlas till värme.
Det är därför man alltid känner att tex en NiMh acce alltid blir väldigt varm i slutet av laddförloppet, anledningen är att laddaren laddar upp accen till ca 80%, där känner automatiken i laddaren av att accen är nästan full, sedan gör laddare en beräkning av hur mycket ström
det ska till för att fylla upp accen till 100%. För att då gardera sig och skapa bra laddata tar man till lite extra och det är just det där lite extra som går ut i form av värme.
När det gäller just värmen så hör man många bud om vad som är skadligt för våra laddbara celler.
Man kan med stor säkerhet fastställa att över 45 graders värme då börjar accen’s celler att ta skada.
Inte så att accen omedelbart tar slut, men antalet användbara laddningar minskar med ökad värme.
