NiCd a NiMH akumulátory se k pohonu malých robotů používají velmi často zejména v podobě tužkových a mikrotužkových článků (velikost AA a AAA). Budeme pokračovat v souhrnu základních poznatků, které je potřeba při jejich používání vědět.
Opravdu chytré nabíječky
Mezi nabíječkami jednotlivých článků ty opravdu chytré nenajdeme, slouží k nabíjení spájených (bodově svařených) vícečlánkových akumulátorových baterií. Proud nabíjení můžeme nastavit buď ručně, nebo si ho spočítá a nastaví nabíječka sama podle vnitřního odporu článků, a také ho podle opakovaných měření průběžně upravuje. Začíná se nabíjet malým proudem, který postupně roste na únosné maximum a v závěru naopak klesá. Někdy se říká, že kvalitní akumulátor jde nabít tak rychle, jak rychle lze vybít. Je v tom kus pravdy, ale předpokládá to velmi dobrou a nepřetržitou kontrolu stavu nabíjení a spolehlivé ochranné mechanizmy (například kontrolu teploty jednotlivých článků). Velmi rychlé nabíječky využívající proud až 10C (šestiminutové nabíjení) poznají na nabíjecí křivce inflexní bod (před ním se růst napětí zrychluje, za ním zpomaluje) jímž prochází křivka krátce před nabitím, a v něm přepnou na menší proud, plné nabití je pak vyhodnoceno pomocí delta peaku. Sledování teploty jako ochranného prvku je samozřejmostí. Tyto nabíječe nemají stálý proud, ale mohou pracovat pulzně.
Reflexní nabíjení
Toto nabíjení pracuje tak, že po relativně dlouhém nabíjecím proudovém pulzu následuje krátké vypnutí proudu, pak krátký pulz vybíjecího proudu, další vypnutí, a pak se cyklus, který trvá desítky až stovky ms, opakuje. Reflexní nabíjení urychluje rozhýbání článků, které byly delší dobu v nečinnosti, jedno reflexní nabití se projeví přibližně podobně, jako 3-5 cyklů nabít/vybít udělaných malým proudem. Nicméně nic není zadarmo, pokud by byl akumulátor po celou dobu života nabíjen reflexně, bude mít nižší životnost, než při nabíjení „normálním“ pulzním. Při častém používání akumulátorů a práci s oživováním článků se takové nabíječe vyplatí, i když jsou pochopitelně podstatně dražší, než ty jednoduché.
Jiné způsoby nabíjení
Existují i další způsoby nabíjení, u NiCd nebo NiMH se však používají jen výjimečně. Jde například o nabíjení do meze napětí 1,45 až 1,55 V / článek, což je právě oblast napětí, v níž se nachází vrchol nabíjecí křivky. Je to jednoduché, ale nespolehlivé, protože maximální napětí se mění jak s teplotou, tak se stářím článku. Když je nastavená mez příliš nízko, nedojde k úplnému nabití (to životnosti nevadí, to je spíše dobře), když jen nepatrně výš, nabíjení vůbec nevypne, a to je velký problém.
Dalším způsobem může být nabíjení dodáním přesně odměřeného náboje (což v principu odpovídá nabíjení konstantním proudem po předem zvolenou dobu). Toto nabíjení je vhodné a používá se, ale ne v případě, že chceme akumulátory plně nabít a použít. Hodí se k nabíjení akumulátorů před uložením, kdy máme zjištěnou reálnou kapacitu (ta u starších článků bude podstatně nižší než jmenovitá kapacita udávaná výrobcem), a chceme například nabít články na 60%. Režim dodání určitého množství energie mají „chytré“ nabíječe jako poměrně standardní možnost (omezení dodané kapacity přes ochranné parametry).
Paměťový jev
O paměťovém jevu se hodně mluví, ale málokdo ví, co to vůbec je. Má se zjednodušeně řečeno projevovat tak, že pokud jsou články vybíjeny jen zčásti a pak opět nabíjeny, „zapamatují“ si používanou kapacitu a pak už nejsou schopny dodat víc. Lékem na „paměťový jev“ je před každým nabitím vybít články na spodní mez napětí.
Je to pravda a současně je to velmi rozšířený nesmysl. Paměťový jev skutečně existuje a byl věděcky vysvětlen, nicméně projevuje se až v závěru (poslední 1/5) vybíjení poklesem napětí, rozdíl v dodané energii činí maximálně jednotky procent, což normální uživatel v žádném případě nepozná, protože ostatní vlivy působící na jeho články (teplota, stáří, velikost krystalů aktivní hmoty) tento jev mnohonásobně přehluší a zakryjí.
Určitou „paměť“ články upravdu mají (i když toto se paměťový jev nenazývá) a pokud články nabijeme větším proudem, jsou tvrdší a tedy schopné větší proud i dodat – to je jev poměrně snadno zjistitelný a rozpoznatelný. Stejně dobře rozpoznatelné je to, že při vyšší teplotě jsou články schopné dodat vyšší proud – proto také třeba v zimě modeláři akumulátory před použitím zahřívají ve speciálních topných „kufrech“ a totéž vlastně dělají i fotografové, když v zimě mnou akumulátory v ruce.
Větší kapacita = lepší článek?
Velmi častým omylem je to, že články s větší kapacitou jsou lepší a umožní mému zařízení fungovat déle. Není to pravda, dokonce je to většinou právě naopak, jako obvykle se ďábel skrývá v detailech, v tomto případě ve vnitřním odporu. Články s větší kapacitou mají v drtivé většině také větší vnitřní odpor (a to podstatně), takže při vybíjení napětí na nich podstatně víc klesá. V okamžiku, kdy už nejsou pro nás použitelné, v nich může být třeba i 80% energie nespotřebované.
Články s větší kapacitou má smysl používat tehdy, když vybíjení vyžaduje jen malý proud po delší dobu, pak se jejich vyšší kapacita opravdu využije (třeba přenosný radiopřijímač, svítilna). U zařízení, které mají občasný větší odběr proudu (digitální fotoaparát, motorový pohon robota), ale jsou vhodnější akumulátory s nižší kapacitou a vyšším povoleným proudem, které mívají obvykle i vyšší životnost.
Zatižitelnost
I když to výrobci někdy tvrdí, žádný mikrotužkový (AAA) akumulátory není dimenzovaný na větší odběr proudu než asi 2A a žádný tužkový (AA) akumulátor není dimenzovaný na větší odběr proudu než 6-8A. Prostě to neumožňuje jejich konstrukce. Toto platí pro ty nejkvalitnější články (třeba „pohonné“ Sanyo řady KR a částečně Eneloop), obvykle prodávané akumulátory zvládají 4x méně. Pro srovnání: jediné malé modelářské servo HS-81 bere kolem 2A pulzního odběru, takže dvě taková serva už způsobí výrazné poklesy napětí na napájecích akumulátorech, jedno silné (a rychlé) modelářské servo bere při rozjezdu kolem 6A. Pokud toto budete chtít změřit levným multimetrem, nepovede se vám to, protože multimetr krátké špičky proudu nebo poklesy napětí vůbec není schopen zaregistrovat, nicméně na problémy s řídícím mikrokontrolérem a občasné nevysvětlitelné chování to naprosto stačí.
Akumulátory v pájených sadách (nikoli sadách propojených bodově svařovanými pásky – jeden bodový spoj je schopen trvale přenášet proud jen 2A) s články velikosti SC jsou schopné dodat kolem 30A trvale a 60A pulzně, pro větší odběry se už musí použít jiné typy akumulátorů. Pro srovnání: jediný stejnosměrný elektromotor řady SPEED 600, který se vejde do dlaně a tvoří častý základ pohonu pro použití venku nebo většího autíčka na dálkové ovládání, bere při rozběhu krátkodobě proud kolem 50A.
Články pro větší odběry mohou mít i velikost (tvar) podobný AA, ale nikdy nemají „čepičky“ na kladném vývodu a nikdy nejsou určeny do kontaktních pouzder, vývody jsou vždy určené k pájení.
Pushování starých článků
Pokud článek stárne, z jeho elektrod vyrůstají proti sobě vodivé krystaly. Pokud prorostou tak daleko, že se vzájemně dotknou, výrazně vzroste samovybíjení článku, ten ztrácí napětí a vybíjí se až do nuly. Jde o mikroskopický jev, ne o zkrat v takovém měřítku, jak ho obvykle známe.
Pushování je proces, při kterém je velmi krátce (řádově tisíciny sekundy) akumulátor nabíjen extrémně velkým proudem (až několik stovek Ampérů). Tento proud je tak velký, že doslova odpaří (nechá uvnitř článku vybuchnout) mikrovlasové spoje, které se vytvořily. Prakticky se to dělá tak, že se připraví velká sada kondenzátorů na napětí kolem 20-30V, kapacita by měla být v řádu stovek mF až jednotek F (těch kondenzátorů bývá několik desítek). Kondenzátor se nabije řekněme na 30V a pak se silnými vodiči připojí k vadnému článku. Mžikově proběhne proud stovek Ampérů, vytvoří se oblouk, ozve rána, někdy se kabel k článku obloukem přivaří. To se několikrát opakuje.
Úspěšnost pushování je tak asi 20-50%, některé články se podaří vrátit do činnosti, jiné ne. Nikdy to ale neznamená, že by byly články plnohodnotné, jen to o něco prodlouží jejich životnost. Práce je to poměrně nebezpečná, jedna k odletují kusy žhavého kovu, jednak (když se to přežene) hrozí i roztržení článku. Pushování nedoporučuji dělat bez větších zkušeností, ale je dobré vědět, co to je.
Pushují se i články nové při výběru, a to ve špičkové modelářské soutěžní praxi, když se vybírají z velkého počtu články do sad, které pak mají o něco vyšší napětí a jsou tvrdší. Rozdíl je jen pár procent, ale právě ty někdy rozhodují o umístění ve vrcholné soutěži. Pushování nových článků a jejich výběr je ale jiný problém, který se amatérské robotiky (naštěstí) netýká.
Závěr
Správně udržované a používané běžné NiCd a NiMH akumulátory mívají životnost v provozu kolem 3 let (NiCd výjimečně až 7 let) nebo 200-300 cyklů. Novější články s malým samovybíjením mají životnost asi dvojnásobná a podstatně lépe si udržují svoji tvrdost. Pokud akumulátory „odejdou“ třeba za měsíc nebo za půl roku, buď byly velmi nekvalitní už od výrobce, nebo je to známka výrazně nevhodného zacházení.