Přechod na Li-Po akumulátory

Autor: RC.305
Sekce: Akumulátory
Zdroj: Richard Tomeček - MojeModely.cz
Vydáno dne: 30.09.2012

Přechod na Li-Po akumulátory Občas dostávám dotazy týkající se problematiky LiPo akumulátorů, na které se snažím odpovídat dle svého nejlepšího vědomí a svědomí. Na internetu se kolem lipolek nachází tuny různorodých informací, takže do jisté míry chápu nejistotu těch, kteří se v tom snaží vyznat a vzít si z toho pro sebe to důležité. Uvažoval jsem tedy, že bych vyplodil nějaký článek obsahující potřebné informace o lipolkách. V tomto případě mi však tuto práci ušetřil Richard Tomeček, s jehož svolením jsem z jeho stránek přebral velmi pěkný článek shrnující čtivou formou vše podstatné, co bychom měli o lipolkách vědět.

Autor: Richard Tomeček - Originální článek najdete na stránce MojeModely.cz - Přechod na Li-Po.

Přestože se článek jmenuje "Přechod na Li-Po akumulátory", né všichni si touto částí modelařiny musejí projít. Těm, co si tím prošli, to přineslo rapidní zvednutí výkonu a delší jízdní čas. Bateriím NiMH a NiCd už odzvonilo a čas Li-Po a Li-Fe baterií je tu. Ale zpět na začátek. Pokusím se v tomto článku popsat všechny vlastnosti lipolek, jejich značení (o které si často píšete), nabíjení a vysvětlení několika pojmů.

Pro začátek s LiPo bateriema je dobré mít po ruce někoho zkušenějšího, kdo by nás do začátku zasvětil a vysvětlil, co a jak. Samozřejmě to není podmínkou, spíše výhodou. Já osobně tvrdím, že práce s lipolkama je jednodušší, než se starat o NiMH.

Zastaralým NiMH už odzvonilo

Výhody Li-Po

nemají paměťový efekt
nabíjení větším proudem
nehřejou se
nemusí se vybíjet
dodávají větší proudy

Nevýhody Li-Po

náchylné při mechanickém poškození
složitější nabíjení
nesmí se podvybít

Začínáme...

U Li-Po baterií (Lithium Polymer) je třeba držet pár zásadních pravidel a hlídat několik čísel. Jedno z NEJ čísel je určitě napětí lipolky. Tady jsou tři základní napětí:

maximální napětí - 4,2V
nominální napětí - 3,7V
minimální napětí - 2,9V

Maximální napětí 4,2V je plně nabitá lipolka. Nominální napětí 3,7V je všude udávaný údaj, je to taková střední hodnota napětí. Neméně důležitým údajem je minimální hodnota napětí 2,9V. Je to hranice, pod kterou se nesmí dostat napětí lipolky. V takovém případě hrozí nevratné zničení baterky, její nafouknutí a v krajním případě vzplanutí nebo exploze. Zase abych všechny nestrašil. Ještě jsem nezažil případ, že by takhle někomu lipolka bouchla, pokud to někdo vyloženě nechtěl a nepomohl tomu. Ve většině případů dojde k podvybití a dnes inteligentní nabíječky odmítnou takovou baterku nabíjet. V některých případech jde taková baterka ještě zachránit a programem na nabíjení NiMH. Ovšem tenhle postup doporučuju pouze zkušeným modelářům, kteří mají s těmito věcmi zkušenosti a ví, co a jak dělat. Ve většině případů je nejlepším způsobem ekologicky baterku zlikvidovat a pořídit novou.

Akupacky

Až na některé případy mikrovrtulníků se téměř nikdy nesetkáte s jedním článkem lipolky. Aby měly baterky větší napětí a větší kapacitu, dělají se z nich takzvané "akupacky". A co to v praxi znamená? Jednotlivé lipolky se zapojí sériově nebo paralelně k sobě a navenek se tváří jako jedna baterie. Při sériovém zapojení lipolek se sčítá jejich napětí, při paralelním zapojení se sčítají kapacity. S tím je potom spojené i značení lipolek, uvedu pár příkladů:

2S 5000mAh - zapojení dvou článků do série. To znamená, že v akupacku jsou dvě baterky o stejné kapacitě 5000mAh a sčítá se jejich napětí. Celkové napětí akupacku je tak 7,4V (2x 3,7V). V případě max. napětí 8,4V (2x 4,2V).
3S 5000mAh - to samé, jako u 2S, ale v tomto packu jsou 3 články, takže napětí je 3x3,7V=11,1V (12,6V maximálně).
4S 5000mAh - to samé, jako u 2S, ale v tomto packu jsou 4 články, takže napětí je 4x3,7V=14,8V (16,8V maximálně).

2S1P 5000mAh - tento zápis uvidíte vyjímečně. Znamená to, že v akupacku jsou 2 baterky sériově a jedna paralelně. Proto se údaj 1P moc neuvádí a píše se jenom 2S.
2S2P 5000mAh - tady je situace trochu složitější. V akupacku jsou zapojeny celkem 4 články, dva sériově a dva paralelně. To znamená, že každý z těch článků má kapacitu 2500mAh. No a protože jsou dvě sériově a to celé je 2x paralelně, vynásobíme dvěma jak kapacitu, tak i celkové napětí. Já osobně nemám tohle uspořádání moc rád a používám výhradně akupacky se sériovým zapojením.

Další důležitou věcí u Li-Po akupacků je jejich obal. Buď to bude standardní "měkký" a nebo "tvrdý", tzv. HARDCASE. Ten chrání baterku před vnějším mechanickým poškozením, takže je lepší používat baterky v tvrdém obalu. Ovšem není to vždy podmínkou. S vyjímkou malého revíka, kde takhle malé baterky v "hardu" nedělají, mám na všech modelech akupacky v tvrdém obalu. Samostatnou kapitolou jsou modely E-Revo a Summit, kde jsou baterky uloženy v šasi (kastlíku) a to samo o sobě zajišťuje dostatečnou ochranu baterie před zničením. Samozřejmě i sem můžete dát HARDCASE, nic se tím nezkazí.

Lipolka v klasickém obalu

Lipolka v pevném obalu - HARDCASE

Céčka

Už před dvaceti lety věděl Michal David, jak důležitá budou "céčka" :D. Údaj "C" je u lipolek takové imaginární číslo, to ovšem nesnižuje jeho důležitost. Číslo "C" nám udává, jak výkonná je lipolka a kolik proudu je schopná dodat do modelu. Hodnota 1C je rovna kapacitě baterky, tzn. u bateky s kapacitou 5000mAh je hodnota 1C=5A. Uvedu na příkladu:

AkuPack 2S 5000mAh 20C - u této baterky už víme, že jsou v ní dva články sériově zapojené a její nominální napětí je 7,4V (maximální 8,4V). A teď už také víme, jaký proud nám je schopna baterka dodat a to zjistíme jednoduchým výpočtem - 5 (5000mAh) x 20 (20C) = 100A.

Tato baterka je schopná dodat do modelu až 100A maximálně. Z toho můžeme usoudit, že třeba do nějakého expedičního modelu je tento akupack naprosto bezproblémový. Spíše předimenzovaný, ale to vůbec není na škodu. Naopak do E-Reva je tato baterka naprosto nevhodná! E-Revo s Mambou monster dokáže sebrat až úctyhodných 150A. Z výpočtu pak dokážeme říct, že minimální hodnotou pro tento model by mělo být 30C. Spíše bych použil 40C, vůbec to nebude na škodu. A důvod? Prošly mi rukama desítky lipolek a troufám si tvrdit, že je (hlavně u čínských lipolek) velký rozdíl mezi hodnoutou "C" uvedenou na obalu a skutečnou hodnotou! Počet "C" se dá totiž zjistit změřením vnitřního odporu baterky a následným výpočtem. Vnitřní odpor baterky je na delší povídání, o tom pojednává samostatný článek Céčka a vnitřní odpor Li-Po baterií.

Co se stane, pokud na E-Revu použiju lipolky s 20C? To je jednoduchá odpověď - auto nepojede na 100% výkonu, budeme baterky přetěžovat. Ty se budou postupně nafukovat, nadměrně zahřívat, jejich parametry se budou postupně zhoršovat a baterka odejde podstatně dřív, než kdyby jsme použili akupacky např. se 40C. Jako rozumný kompromis pro E-Revo považuju LiPo baterie s kapacitou 5000mAh a 30C.

Nabíjení

O nabíjení lipolek by se daly napsat celé stránky, to je alchymie sama pro sebe. Zkusím tedy alespoň v základu nastínit, jak se věci mají. Na začátku jsme si řekli, že v každém akupacku je vlastně několik baterek. NiMH akupacky se nabíjení pouze pře silové kabely u Li-Po akupacků je to o něco složitější. Aby nedošlo k přebití článku nad hranici 4,2V, lipol baterie se tzv. balancují. To znamená, že se ke konci nabíjení sníží nabíjecí proud a nabíječka pomalu srovnává napětí na jednotlivých článcích baterie. K tomu slouží servisní (balanční) konektor, který je na každé Li-Po baterce. Tento servisní konektor obsahuje několik pinů - "mínus" celé baterky a "plus" každého článku. Takže u 2S budou 3 piny, u 4S pět pinů atd. Pro nabíjení lipolek musíme mít nabíječku, která lipolky umí nabíjet a obsahuje balanční destičku, kam se právě ten servisní konektor z baterky zapojí a nabíječka tak může vyhodnotit napětí jednotlivých článků.

Zapojení balancéru v eStation BC6

Balanční destička pro konektory JST-XH

Ani tady to nebude tak jednoduché. Aby se nám to hezky pletlo, výrobci baterek se nedomluvili na jednotném konektoru a tak se můžeme setkat se čtyřmi druhy servisních konektorů. Výhodou ale je, že námi oblíbené Zippy a Turnigy z HobbyKingu mají všechny stejný konektor a to JST-XH. Takže jediné, co musíme zajistit, je balanční destička pro naší nabíječku s tímto konektorem.

Často se mě někdo ptá, jak velkým proudem má lipolky nabíjet. Ideálním řešením je nabíjení proudem 1C (a zase ty céčka). To znamená, že pokud máme baterku s kapacitou 4500mAh, ideální nabíjecí proud je 4,5A. Každý výrobce udává, jaký je maximální nabíjecí proud jeho baterek, u Zippy a Turnigy je to většinou 2C. Holou pravdou je, že čím větší nabíjecí proud, tím méně cyklů (počet nabíjení) baterka vydrží. Ti lepší výrobci udávají tabulku, ve které uvádí závislost cyklů na nabíjecím proudu. Tahle tabulka se samozřejmě liší u jednotlivých výrobců a také u jednotlivých baterek.

Občas se ke mně dostane informace, že někdo nabíjí lipolku proudem 0,5A. Myslí si tak, že mu baterka vydrží mnohem déle. Chyba a nesmysl! Je to takové to "jedna bába povídala". Baterky jsou stavěné pro běžné nabíjení proudem 1C, u některých výrobců mnohem více. Nabíjení menším proudem je naprosto zbytečné a časově velmi náročné. Při třech sadách pro E-Revo (6 akupacků) bych takhle nabíjel 60 hodin!

Za normálních okolností nabíjím baterky proudem 1C. Pokud pospíchám, není problém do nich pustit i 2C. Baterky tak vydrží naprosto v pohodě přes rok suprového ježdění. Vzhledem k jejich ceně je potom s klidným srdcem vyhodím a pořídím nové. Baterky už beru jako spotřební zboží, stejně jako pneu, šroubky apod.

Dobu nabíjení baterek i jejich počet "C" si můžete otestovat a spočítat v RC Kalkulačce.

Konektory

Tento odstavec nepatří přímo a jen k Li-Po bateriím, ale považuju za důležité se zde o konektorech zmínit. Nedílnou součástí elektroniky modelu jsou proudové konektory. Z těch nejznámějších Tamyia, Traxxas, Deans, Gold, MP-JET. Občas se mi stane, že si někdo k E-Revu s Mambou Monster pořídí 40C baterky a naletuje si na to Tamiya konektor. Buď že ho doma měl a nebo je má na jiných modelech, tak ať to má stejné. Je potřeba si uvědomit, jak velké proudy tečou v našich modelech a podle toho zvolit patřičné konektory. V případě E-Reva se 150A v zátěži a konektory tamiya - viděl jsem z konektorů kusy "něčeho černého"! Jakmile mi domu dorazí model s tamiya konektorem, okamžitě ho sundavám a používám maximálně tak na vypodložení nábytku. Konektory Gold a MP-Jet - kvalitní a oblíbené, ovšem s jednou nevýhodou. Při troše nepozornosti si škrtnete konektorama o sebe. V lepším případě trocha jisker, v tom horším popálené prsty nebo likvidace lipolky. Neznám nikoho, kdo by si ještě takhle s Goldama neškrtnul. A komu se to ještě nepovedlo, toho to určitě potká. :-)

Konektory Tamiya

Mým naprostým favoritem jsou konektory Traxxas, které používám na všem RC modelech. Tyto konektory jsou poměrně drahé, ale jsou velmi kvalitní, zvládnou zátěž až 150A a nehrozí u nich otočení polarity ani kontakt kabelů. Ovšem pozor na kopie! Například firma Pelikán nebo HobbyKing dodávají také konektory Traxxas. Tvarem jsou naprosto totožné, ovšem kvalita materiálu je jiná, samozřejmě horší. Cena je podstatně nižší, ale jejich proudová zatížitelnost a výdrž také.

Konektory Traxxas

Skladování LiPo baterií

Někdy nastane čas, že s modelem delší dobu nevyrazíme ven. Za delší dobu já osobně považuju 3 měsíce a více, například v zimním období. V takovém případě by se LiPo baterie měly uskladnit. No a jak na to? Chytřejší nabíječky mají program "STORAGE". Pokud ho zrovna ta naše nabíječka nemá, vůbec nic se neděje.

Výstup z nabíječky Hyperion - LiPo baterie Zippy Flightmax 2S 5000mAh 20C

Nejedná se o nic jiného, než nabití lipolky na 50-60% její kapacity. Poté baterku uskladníme do ledničky nebo do špajzu. Kamkoliv, kde je chlad (nesmí to být zase mrazák). Zpomalíme tak chemické reakce, které v baterce probíhají a snížíme tím její stárnutí a proces samovybíjení.

Na obrázku vpravo (klikněte pro větší velikost) je vidět nabitá LiPo baterie Zippy Flightmax 2S 5000mAh 20C. I s balancováním článků se nabíjela 84 minut, rozdíl článků je nulový a vnitřní odpor po nabití baterie je 1mOhm, což je velmi pěkný údaj na čínu. Nabíjel jsem proudem 1C, takže 5A.

Hlídání napětí

Na začátku článku jsme si řekli, že kritická hranice LiPo baterie je 2,9V na článek. Pod tuto hranici se nesmí napětí dostat. Jak tohle zajistíme? Většina regulátorů dnes umí s lipolkama pracovat a samy si hlídají jejich napětí. Lepší regulátory nám umožňují nastavit si hranici tzv. "Cut-off". To je napětí, při kterém regulátor vypne nebo nějakým způsobem dá vědět, že se blížíme ke kritické hranici. Reakce regulátoru se liší podle výrobce. Často se mě lidé ptají, jak vysoko tuhle hranici nastavit. Bohužel, jednoznačná odpověď není. Každý modelář si to dělá po svém, také záleží na kvalitě lipolky, jejím stáří a počtu článků. Čím starší baterie a víc článků, tím vyšší vypínací napětí nastavuju. Samozřejmě čím vyšší napětí nastavíte, tím víc se zkrátí jízdní doba modelu. V zájmu zachování lipolek vždycky těch pár minut obětuju a u všech modelů mám nastavenou hranici 3,4V na článek, tj. u 2S lipolky je to 6,8V.

Pokud máme regulátor, který neumí hlídat napětí lipolek, pořád není vše ztraceno. Jednou z možností, jak nahradit tuhle funkci regulátoru, je lipostop. Ten se zapojí mezi regulátor a baterku a sám se postará o to, aby se baterka včas odpojila. Další možností je připojení tzv. pípáku na servisní konektor baterie. Narozdíl od lipostopu baterku neodpojí. Vizuálně nám oznamuje stav LiPo baterie LED diodou a při dosažení kritické hranice začne pípat.

Na závěr pár dobrých rad pro práci s LiPo bateriemi:

nikdy neodcházejte od nabíjení, mějte baterky vždy pod dozorem
nabíjejte na nehořlavé podložce
je-li to možné, používejte LIPO-SAVE sáčky pro nabíjení i přepravu

- Fotografie - MojeModely.cz, Michal Nováček -

Tento dokument byl vytištěn ze stránek RC.305 na adrese http://rc.305.cz