Temperování Li-pol akumulátorů

To, že akumulátory Li-pol mají v chladu výrazně větší vnitřní odpor a podávají snížený výkon, se obecně ví. Má tedy smysl akumulátory před použitím v zimě zahřívat?

Smysl to má ve dvou případech. Jednak, když požadujeme, aby zdroje podaly co nejvyšší výkon a záleží na každé maličkosti, tedy například v soutěžní praxi. Za druhé, když je teplota okolí a akumulátorů tak nízká, že se pokles výkonu výrazně projevuje už i na základní funkci napájeného přístroje. Pak je důležité tepelně akumulátory izolovat a mírně vyhřívat, pokud nestačí zahřívání ztrátami při provozu. Jen pro zajímavost, i v experimentálním pilotovaném letounu Solar Impulse poháněném solárními články a v noci Li-pol akumulátory, se zdroje za letu ve výšce vyhřívají zbytkovým teplem od motorů.

V prvním případě pro podání nejvyššího výkonu vyhovuje stabilizovaná teplota akumulátorů mezi 35 a 45°C, na tuto teplotu se akumulátory před použitím zahřívají. Naopak při následném vysokém odběru se začnou brzy přehřívat, proto je důležité chlazení. To se zajišťuje přívodem vzduchu a v některých případech i tím, že jednotlivé články sady nejsou těsně u sebe, ale mezerami mezi nimi proudí vzduch. Teplota by neměla stoupnout přes 60°C, nesmí přes 70°C při měření na povrchu, vnitřní teplota může být až o 30°C vyšší a to už hrozí „nafouknutí“ článku, případně i vzplanutí.

8599

Nahřívací kufr (foto z nabídky Robbe Modellsport)

V druhém případě můžeme koupit hotový nahřívací kufr na Li-pol, v nabídce je má třeba firma Robbe (objednací číslo 1-8599). Tento výrobek je určen pro větší, až dvě dvanáctičlánkové dlouhé sady a má nastavitelnou teplotu od 20 do 50°C, napájí se napětím 12 V a topný výkon je poměrně velký, až 70 W. Podobný vyhřívaný obal jde samozřejmě vyrobit.

V německém časopise SchiffsModell 3/2012 vyšel článek od Dietera Jaufmanna, který popisuje konstrukci nahřívacího kufru s využitím prodávaných modulů. Základem je „kovový“ kufřík na nářadí, jaký se běžně prodává v hobby prodejnách. Kufříky ve skutečnosti nejsou kovové, ale ze sololitu nebo podobné hmoty potažené silnou kovovou fólií. Uvnitř bývá měkká výstelka, ta částečně funguje jako tepelná izolace, musíme však přidat další, nejméně 1 cm silný pěnový polystyrén. Vnitřní povrch potáhneme samolepicí tapetou, aby se polystyrén nedrolil. Pak přijde dovnitř topná fólie s napařenými odporovými meandry, koupit se dá u firmy Conrad (č. 532886). Na fólii, která se v provozu zahřívá asi na 60°C, je ještě vhodné položit izolační rošt a teprve na něj akumulátory.

topná-fólie

Topná fólie 12V /35W

K regulaci teploty se může použít teplotní spínač dodávaný jako stavebnice Conrad č. 194883. Spínač je nastavitelný pomocí trimrů a teplotní čidlo má přímo na desce s plošným spojem. Pokud je požadavek na přesný přehled o okamžité teplotě, není problém osadit digitální teploměr, například Conrad č. 100816. Existují i moduly, které v sobě spojují teploměr a digitálně nastavitelný přesný regulátor, třeba Velleman VM148 (německé stránky Conrad č. 190655-62). Ventilátor, který rozhýbe vzduch kolem akumulátorů, uspíší prohřátí a vyrovnání teploty přibližně dvakrát. Nahřátí prostoru na nastavenou teplotu trvá kolem 8 minut, k průniku tepla dovnitř akumulátorů je potřeba delší doba, kolem 20 minut.

teplotní-regulátor-2

Teploměr spojený s regulátorem

Chceme-li si postavit vyhřívací obal bez použití kupovaných modulů, není to také nic složitého. Napájení napětím 12 V logicky vyplývá z napětí palubní sítě aut a je to také nejčastěji používané napětí síťových zdrojů. Pracné, ale zcela univerzální, je složení topné plochy z miniaturních rezistorů. Jako základ se může použít obyčejná pevná papírová lepenka z krabice, v níž jsou „kanálky“. Například budeme chtít topnou plochu 5×10 cm s výkonem 5 W při napětí 12 V, to pro jeden menší akumulátor naprosto stačí. V lepence při šířce 5 cm využijeme 5 kanálků (ob jeden).

IMGP7973b

Síť z rezistorů vložená do lepenky

Musíme složit 5 řad rezistorů po 1 W, což znamená, že procházející proud jednou řadou bude P/U = 1/12 = 0,083A a odpor řady R = U/I = 12/0,082 = 144 Ω. Při délce 10 cm spájíme řadu rezistorů z 5 kusů, takže potřebujeme rezistory s odporem 144/5 = 28,8 Ω. Přesně takové se neprodávají, nejbližší běžná hodnota je 27 Ω a budeme jich potřebovat celkem 25 kusů (5 řad po 5 ks). Ještě rychlá kontrola výkonu. Na jeden rezistor připadá výkon 5/25 = 0,2 W, rezistory mají jmenovitý výkon 0,5 W, takže takové zatížení i při nižší teplotě a uzavřené v lepence zvládnou. Uvedená idea výroby topné plochy z lepenky a rezistorů není nová, je převzatá z akvaristiky, kde se v zimě hodí k udržování teploty v boxu na přepravu tropických rybek.

termostat

Schema spínaného regulátoru s hysterezí

Regulátor teploty plně vyhoví i jednoduchý s komparátorem s hysterezí podle uvedeného schématu. Jako čidla teploty se používá běžného NTC termistoru, který má při teplotě 25°C odpor 22 kΩ, při 35°C kolem 14,8 kΩ a při 40°C 12,2 kΩ. Při seřizování nejprve vytočíme trimr P2 na maximální odpor (nebo jej dokonce dočasně odpojíme), pak trimrem P1 nastavíme ostrou mez spínání topení podle indikační LED. Nakonec trimrem P2 zavedeme hysterezi kolem zvolené teploty kolem 2°C, například má-li termostat udržovat 35°C, sepnutí topení při 33°C a vypnutí při 37°C.

Je-li obal pro nahřívání Li-pol dobře tepelně izolovaný několika centimetry suchého pěnového polystyrénu, stačí na udržování teploty akumulátorů kolem 30°C i v mrazech výkon asi 10 W, tedy odběr proudu menší než 1 A, takže není problém v autě temperovat akumulátory i několik hodin nebo mít dokonce zdroj pro topení uvnitř obalu.