Nikl-metalhydridové a nikl-kadmiové akumulátory se k pohonu malých robotů používají velmi často zejména v podobě tužkových a mikrotužkových článků (velikost AA a AAA). Podívejme se na to, jaké zacházení tyto články potřebují a jak je nabíjet, aby mohly dlouho a dobře sloužit.
Co hlavně škodí
V praxi nejvíc zkracuje životnost akumulátorů přebíjení, kdy se články výrazně zahřívají po delší dobu. Dochází k němu při použití nevhodných nabíječek nebo nastavení příliš vysokého nabíjecího proudu, případně při snaze nabíjet články, které nejsou vybité.
Druhým faktorem bývá uložení akumulátorů do klidu, to urychluje jejich stárnutí víc, než pravidelné používání. K delšímu odpočinku bychom nikdy neměli ukládat články plně nabité ani plně vybité. NiCd ukládáme s menší kapacitou (spíše vybité), NiMH s vyšší (spíše nabité). Běžné plně nabité akumulátory samovolně ztrácejí energii, a to nerovnoměrně, až 10% během prvního dne po nabití, pak zhruba 1% každý den, takže po pěti až šesti týdnech v nich najdeme asi polovinu dodaného náboje. Úbytek se postupně zpomaluje a další měsíce činí kolem 15%. Doporučuje se zhruba po dvou měsících akumulátory vybít a znovu nabít, ale ne na úplně plnou kapacitu.
Na trhu jsou i dražší články s výrazně sníženým samovybíjením a prodlouženou životností, označují se zkratkou LSD (Low Self Discharge) nebo jako „přednabité“, protože jsou skutečně dodávány z výroby nabité a dají se hned použít. Ty si udrží během šesti měsíců skladování asi 80% energie a pak klesají přibližně o 10% každý půlrok. Je vidět, že běžné články se hodí spíše tam, kde jsou pravidelně nabíjeny a vybíjeny, zatímco „přednabité“ do zařízení, která se používají jen občas, ale musí být v pohotovosti. Při delším uložení můžeme zpomalit stárnutí umístěním do chladu (sklepa, chladničky, …), mráz akumulátorům však nesvědčí.
Až na dalším místě budu jmenovat přílišné vybíjení akumulátorů „do nuly“ respektive pod mez napětí 0,8 V / článek. „Vycucat“ akumulátory úplně dokud zařízení alespoň trochu funguje a pak je vypnout a na kratší dobu odstavit zdaleka není tak škodlivé jako nechat zařízení třeba omylem dlouho zapnuté, kdy se články vybíjí malým proudem, ale trvale a opravdu až do nuly; v prvním případě se totiž v klidu napětí brzy obnoví, i když už nejde odebírat větší proud.
Pokud se setkáme s údajem o nabíjecím proudu uvedeným třeba jako 1C (a nikoli v Ampérech, jak by odpovídalo jednotce proudu), znamená to, že nabíjecí proud vyjádřený v mA odpovídá číselně kapacitě vyjádřené v mAh. Pokud by byl akumulátor naprosto ideální (a plně vybitý), pak by nabíjení proudem 1C trvalo přesně 1 hodinu. Podobně, nabíjení proudem 0,1 C odpovídá nabití ideálního akumulátoru za 10 hodin nebo nabíjení větším proudem 3C je nabíjení za 1/3 hodiny (20 minut).
Nabíjení podle času
Nejpočetnější skupina prodávaných levných síťových nabíječek obsahuje pouze malý transformátor, usměrňovací diody a případně LED diodu s rezistorem jako indikaci činnosti. Tyto nabíječky často označované jako „automatické“, i když na nich vůbec nic automatického není, nabíjejí články trvale téměř konstantním proudem. Nabíjení končí uživatel po předem stanoveném počtu hodin. Proud musí být tak malý, aby se články při opomenutí nezničily, takže nabíjení zpravidla trvá 10 až 16 hodin.
Tento způsob není vysloveně špatný, jsou-li akumulátory opravdu před nabíjením vybity a k ukončení dojde ve stanovenou dobu, jinak dochází k přebíjení a zkracuje se životnost článků na řádově desítky cyklů, ačkoli by jinak vydržely i stovky cyklů. Po nabíjení malým proudem jsou akumulátory celkově „měkčí“, mají vyšší vnitřní odpor, což vede k většímu poklesu napětí při odběru proudu, a nejde pak využít celá jejich kapacita. Existují i nabíječky, které mají vnitřní časovač a proces po stanovené době samy ukončí, ty jsou lepší, nicméně potřeba vkládat do nich vybité články zůstává. Časové nabíjení je nejjednodušší, ale v reálných podmínkách provozu zkracuje životnost akumulátorů. Výhodou je to, že při rozdílné míře vybití článků se mírným přebíjením nabití jednotlivých článků srovnává.
Dlouhé nabíjení malým proudem je vhodné, když „oživujeme“ sadu neznámých článků, případně jako první nabíjení po zakoupení nových článků.
Nabíjení podle teploty
Během nabíjení se dodávaná elektrická energie ukládá v článku v podobě chemických změn. Jakmile je kapacita překročena, další proud už působí jen zahřívání článku (nebo rozklad elektrolytu uvnitř). Nabíječek, které by sledovaly teplotu článků a při jejím zvýšení nabíjení ukončily, je velmi málo. Sledování teploty se spíš využívá jako ochranný prvek u složitějších přístrojů, můžeme jej ale využít „ručně“. Občasným dotykem při nabíjení kontrolujeme teplotu a jakmile se po delší době začne znatelně zvyšovat, články odpojíme bez odhledu na čas. I v tomto případě platí, že nabíjecí proud nesmí být velký, protože opomenutí bývá časté. Nabíjení podle teploty vždy články přebíjí.
Co umí extrémně přebité akumulátory? Nejdříve se zahřejí tak, že se roztrhne a svlékne jejich plastový potah, pak začnou syčet a smrdět, tlakovou pojistkou uniká odpařený elektrolyt.V horším případě se natlakují a roztrhnou, to je pak kolem všechno od černého prášku podobného sazím. V extrémním případě se zahřejí tak, že podložka může začít hořet. Toto vše ale může nastat jen při vysokém nabíjecím proudu, při malém ( 0,1C tedy odpovídajícím nabití za 10 hodin) to nehrozí!
Delta peak, automatické nabíjení
Když sledujeme napětí článku nabíjeného konstantním proudem, vyvíjí se vždy podle podobné křivky. Na počátku je rychlejší nárůst, pak delší doba pomalého zvyšování napětí, následuje urychlení růstu, dosažení maxima a následný pokles. Tento pokles (delta peak) je podstatný, protože signalizuje plné nabití respektive už malé přebití provázené i růstem teploty.Na obrázku je modře nasnímaná křivka napětí, červeně křivka teploty.
Automatické nabíječky sledují napětí, detekují pokles a samy články odpojí. Takto pracují ty nejlepší nabíječky jednotlivých článků nebo běžné provozní nabíječky akumulátorových sad. Protože ukončení je automatické, lze používat vyšší nabíjecí proud (naopak – při malém proudu nemusí být delta peak dobře zřetelný a detekovatelný). Prakticky každý Nixx akumulátor bez problémů zvládne „hodinové nabíjení“ proudem 1C. Vyšší nabíjecí proud vede k tomu, že akumulátor je tvrdší, méně ztrácí napětí při zatížení. K přebíjení dochází vždy, nicméně je jen velmi malé.
… pokračování příště