Je rýchlonabíjanie LiPol batérií naozaj až taká výhoda?

S tým, ako postupne rastú „Céčka“ novo-vyvíjaných a novo-vyrábaných LiPoliek, skracuje sa aj čas ich nabíjania. Pretože výrobcovia takýchto batérií (Hyperion, Polyquest, Turnigy a ich „nano“ a ďalší) nesľubujú len vyššie vybíjacie prúdy, ale aj vyššie nabíjacie prúdy, teda v konečnom dôsledku skrátenie času nabíjania.

Takže si niekto môže povedať: „Bežnú LiPolku som nabíjal jedným „Cé“ niečo vyše hodiny, tak túto najnovšiu mám pri ôsmych „Cé“ za dákych osem minút nabitú.“

Ale dotyčný môže byť pekne sklamaný. A to možno hneď dva-krát: Nabíjanie bude trvať o dosť dlhšie ako osem minút a napätie batérie (a tým aj množstvo náboja - energie) nedosiahne takú hodnotu, ako pri pomalom nabíjaní.

autor: Janko O.

 



Na úvod treba spomenúť určité zaužívané skratky ako CC a CV. CC znamená Constant Current, v preklade konštantný (nemenný) prúd a CV znamená Constant Voltage, čiže konštantné napätie. Väčšina, medzi modelármi, bežných nabíjačov totiž pracuje na princípe CCCV, teda že nabíjanie najskôr prebieha pri   konštantnom prúde  (a napätie postupne stúpa) a po dosiahnutí určitého napätia sa nabíjač automaticky prepne do režimu CV, kedy na batérii udržuje  konštantné napätie.  Vtedy sa nabíjací prúd postupne zmenšuje podľa exponenciálnej závislosti. Nabíjanie sa ukončí, keď prúd klesne na desatinu svojej pôvodnej (konštantnej) hodnoty.

A tu je ten problém: obvody nabíjača by mali vo fáze CV udržiavať konštantné napätie batérie. Ale neudržiavajú. Väčšina bežných modelárskych nabíjačov je zapojená približne podľa nasledujúcej blokovej schémy:


Práve takéto zapojenie rezistora Rb zabezpečuje spôsob nabíjania, označovaný ako CC/CV.

V skutočnosti obvody nabíjača vo fáze CV udržiavajú konštantný  súčet  napätia batérie a úbytku napätia na bočníkovom odpore Rb. V našom nabíjači je hodnota tohto rezistora 0,1 Ohmu (aspoň pri nabíjaní prúdom 1 Ampér to tak je). Môžeme sa o tom presvedčiť tak, že porovnáme hodnoty napätí, ktoré nám „ponúka“ samotný nabíjač. Pri nabíjaní prúdom 1 A je údajné napätie batérie 11,86 Voltu, tak ako to ukazuje nasledujúci obrázok:


Po prepnutí do režimu zobrazovania napätia jednotlivých článkov, však ich súčet nedáva hore spomínanú hodnotu, ale o 0,1 Voltu menej, teda 11,76 V.


Tých 0,1 Voltu je úbytok napätia na Rb. Ak stále neveríte, zmerajte meracím prístrojom napätie na silových svorkách batérie, pripojenej do nabíjača. Nameriate 11,76 Voltu, čo je to isté, ako súčet napätí jednotlivých článkov, ktoré zobrazuje displej na predchádzajúcom obrázku.

Ak sa váš nabíjač „tvári“ tak, ako sme to práve uviedli, tak je zrejme zapojený podľa spomínanej schémy. My si teraz môžeme popísať, čo sa stane, keď takýmto nabíjačom budete svoje batérie nabíjať veľkým prúdom (rýchlo-nabíjanie – niekoľko „Cé“), stredným prúdom (klasika – jedno „Cé“) a malým prúdom (menej ako jedno „Cé“).

Ideálne by priebeh prúdu a napätia počas nabíjania batérie mal vyzerať takto:


Prúd: Vo fáze CC je nabíjací prúd konštantný a po dosiahnutí maximálneho napätia Umax nabíjač automaticky prejde do fázy CV, kedy prúd klesá exponenciálne.

Napätie: Vo fáze CC napätie batérie stúpa podľa špecifickej krivky, až dosiahne hodnotu Umax a nabíjač sa prepne do fázy CV. Ďalej by sa napätie batérie   nemalo  meniť.

V skutočnosti však tento „náš“ nabíjač pri nabíjaní veľkými prúdmi „funguje“ podľa nasledujúcej charakteristiky:


Prúd: Priebeh prúdu je prakticky totožný s predchádzajúcim príkladom, s tým rozdielom, že v snahe zdôrazniť snahu nabíjať veľkými prúdmi, je fáza CC pomerne krátka.

Napätie: Tu je evidentný rozdiel oproti predchádzajúcemu grafu. Napätie počas fázy CC stúpa podľa špecifickej krivky, ale k prepnutiu do fázy CV dôjde oveľa skôr. Nie vtedy, keď napätie batérie dosiahne Umax, ale keď súčet napätia batérie a úbytku napätia na bočníku Rb dosiahne Umax. A keďže nabíjací prúd je veľký, tak aj úbytok napätia na Rb bude veľký a skutočné napätie batérie má k Umax (4,20 V x počet článkov) veľmi ďaleko a batéria ani zďaleka nie je nabitá. V každom prípade menej, ako pri nabíjaní menšími prúdmi. A tak fáza CV musí dohnať to, čo fáza CC „zameškala“. Po prepnutí z fázy CC do fázy CV napätie bude musieť ešte pomerne  dlho  približne exponenciálne (lebo v tejto fáze aj prúd má exponenciálny priebeh) stúpať. Dlho preto, lebo v okamihu prechodu CC do CV je hodnota napätia batérie dosť vzdialená od Umax.

Navyše, nabíjanie bude ukončené vtedy, keď nabíjací prúd klesne na  desatinu  svojej východzej (konštantnej) hodnoty. Ale keďže sme nabíjali naozaj veľkým prúdom, tak aj jeho desatina je dostatočne veľká na to, aby na bočníku Rb vytvorila významný úbytok napätia. O tento úbytok bude výsledné napätie už nabitej batérie menšie a v žiadnom prípade nedosiahne svoju maximálnu hodnotu (4,2 V krát počet článkov). Dá sa teda povedať, že batéria nie je úplne nabitá a nie je v nej toľko energie, ako keby bola nabíjaná nižším prúdom.

Pri nabíjaní stredným prúdom bude priebeh prúdov a napätí nasledujúci.


Fáza CC bude síce dlhšia, ale už počas nej bude batéria nabitá viac ako pri veľkých nabíjacích prúdoch. Fáza CV bude stále približne rovnako dlhá. Sklon krivky napätia počas nej bude menej strmý. Pri ukončení nabíjania bude na bočníku Rb menší úbytok napätia a batéria bude nabitá viac a bude mať viac energie, ako pri veľkých nabíjacích prúdoch.

Pri nabíjaní malými prúdmi bude priebeh prúdov a napätí takýto:


Fáza CC bude naozaj dosť dlhá, ale počas nej batéria získa takmer všetku svoju energiu. Fáza CV bude voči CC kratšia, ale paradoxne približne stále rovnako dlhá, bez ohľadu na veľkosť nabíjacieho prúdu. Krivka napätia batérie vo fáze CV bude najplochšia a bude sa tak najviac blížiť ideálnej charakteristike (prvý graf). Nabíjanie bude ukončené pri naozaj malom prúde (desatina z malého je niečo naozaj malé), takže aj úbytok napätia na bočníku Rb bude naozaj malý a napätie batérie takmer dosiahne hodnotu Umax. Batéria má najviac energie zo všetkých spomínaných prípadov.

Niekto môže namietať, že to sú zanedbateľné hodnoty, ale niekoľko výpočtov nám ukázalo, že rozdiel môže byť 5 % aj viac a to na súťaži môže rozhodnúť o konečnom výsledku.

Na dokreslenie: predstavte si, že máte LiPol batériu o kapacite 5000 mAh, z ktorej pri rýchlom nabíjaní môžete vyčerpať 4000 mAh, alebo pri pomalom nabíjaní 4250 mAh (to je tých 5 %).

My sme zástancami pomalšieho nabíjania, pretože okrem iného má priaznivý vplyv na životnosť batérií. Takže, keď sa dá, treba nabíjať pomaly a ako sa ukázalo, to znamená dôkladne. Ale keď čas a kamaráti tlačia a počasie je vynikajúce, tak je možnosť rýchleho nabíjania v danej chvíli tým pravým riešením.

Sú to dve strany tej istej mince: pomalé nabíjanie je efektívnejšie, ale rýchle nabíjanie je predsa len rýchlejšie (i keď medzi veľkosťou nabíjacieho prúdu a skrátením nabíjania nie je priama úmera) a v dnešnej uponáhľanej dobe je každá minúta dobrá. Ako si z každého zobrať to dobré? Ako tento gordický uzol rozseknúť? Ten, kto vyžaduje rýchle nabíjanie, ale aj energiu LiPolky „doliatu“ až doplna, nech nabíjanie skombinuje: Najprv nabíjaním veľkým prúdom a po jeho skončení nabíjaním malým prúdom, dosiahne to, po čom túži.

 

Súvisiace články:

Predĺženie životnosti LiPol batérií - 1.časť

Predĺženie životnosti LiPol batérií - 2.časť

Zazimovanie (dlhodobé skladovanie) LiPol batérií - dopl. článok

Závislosť napätia LiPol batérie od množstva zostávajúcej energie

 

 

rapid charging: advantages and disadvantages lifetime of cells of battery ricarica rapida: vantaggi e svantaggi della vita delle cellule di batteria snabbladdning: fördelar och nackdelar livstid av celler av batteri carga rápida: ventajas y desventajas de la vida de las células de la batería быстрая зарядка: плюсы и минусы жизни клетки батареи carregamento rápido: vantagens e desvantagens da vida de células de bateria szybkiego ładowania: zalety i wady życia komórek baterii rask lading: fordeler og ulemper levetid av celler i batteriet Schnellladung: Vor-und Nachteile Lebensdauer von Zellen Batterie gyors töltés: előnyei és hátrányai élettartama sejtek akkumulátor snel opladen: voor-en nadelen levensduur van cellen van de batterij charge rapide: avantages et inconvénients de la durée de vie des cellules de la batterie nopea lataus: edut ja haitat käyttöikää solujen akku lynopladning: fordele og ulemper levetid af celler af batteri الشحن السريع : مزايا وعيوب عمر خلايا البطارية טעינה מהירה: יתרונות וחסרונות של תאים חיים של סוללה


<Staršie | tento článok | Novšie>

Napísané: 26. 9. 2017, 10:23 | Prečítané: 11873x | Kategórie: Elektronika | Napísal: admin |
Komentáre: 10
Ahojte. Ja mam skusenosti, len z rychlonabijanim Lifeciek a to prudmi 3-4C. Rozdiel oproti lipolkam je ten, ze lifecka ma takmer dokonalu nabijaciu krivku to znamena velmi kratku dobu balancovania.Ale co ma prekvapilo, rolu hra aj nabijacka na ktorej nabijate, nabijacky typu Hobbycity maju balancovaci software ako to povedat, hmm, "vsak dako to vybalancujem" a dost nemotorne sa hraju s clankami, rozne prekracuju max. napatia a potom chudence nevedia co z tym clankom robit...Napr: nabitie lifecky 4S 2300mAh prudom 7A trva cinskej nabijacke 40min a nabijacke od Robbe to trva 25min, pritom cisty cas nabijania CC(Constant Current) je 20min.
Ps: Nabijane sady boli vybijane "pristrojovo" aby sa dosiahly take iste podmienky
Odpoveď | 2011-01-09 20:49:22
.:. laco | mail
Lifečka sú veľmi odlišné od LiPoliek. Máloktorá nabíjačka ich dokáže "balancovať" (osobne si myslím že tri také nenájdeš) a skôr ich zničí balancovaním a preto je lepšie ich nebalancovať, ale z času načas zrovnať po článku. Pokial LiFečka rozumej od firmy A123 nepodvybíjaš, tak majú schopnosť sa zrovnávať samé a takmer nikdy ich netreba zrovnávať. Dokonca aj pri pravidelnom nabíjaní "FAST" kedy je prakticky CV fáza odrezaná sa pri nabíjaní nerozchádzajú.
Odpoveď | 2011-01-11 09:44:49
.:. Janko
Ďakujeme.
Toto je pre nás zaujímavá a prínosná informácia, pretože dosiaľ LiFePo batérie nemáme a tak ani nedisponujeme vlastnými skúsenosťami.
Preto sme radi, keď nám informácie a praktické skúsenosti poskytnú tí, čo ich používajú.
Ešte raz, dík Tomášovi aj Lacovi.
Odpoveď | 2011-01-11 10:39:54 | Príspevok upravený: 2011-01-11 18:48:54
.:. jn
Podla mna to nie je take jednoznacne ani s LiFe akum. Niekedy som cital v TP , kde bola pisana zivotnost 5000 nabiti/1C, alebo umerne k C t.j. 1000/5C. dobre???. Ale pri nabijani 1C su skoro vecne
Odpoveď | 2011-01-11 08:13:14
.:. LQd | mail
Ospravedlňujem sa, ak sa mýlim, ale z môjho pohľadu je to viac menej školácka chyba výrobcov nabíjačky, po prečítaní článku si myslím, že stačilo napätie batérie pre účel merania odviesť až z výstupných svoriek za Rb, čím by sa meralo čisté napätie batérie bez straty na Rb (a eventuálne aj vnútorných vodičov) resp merať cez servisný konektor (- straty na silových konektoroch a kábloch k baterke, najpresnejšie) a tento problém by neexistoval. Neviem si pomôcť, ale mňa by nikdy nenapadlo merať napätie na záťaži ešte pred "prúdomeracím" rezistorom. Je moja úvaha správna? Ak áno, tak potom by sa dal potenciálne nabíjač upraviť.
Odpoveď | 2011-04-13 21:51:09
.:. Janko O
Ahoj LQd.
Napadlo mi to isté. Ale hneď v ďalšej sekunde som si povedal: Neverím, že by to bolo prišlo na um len mne a že by tí výrobcovia boli takí hlúpi.
A tak si myslím, že ich k tomuto riešeniu ničo viedlo, len my teraz nevieme presne čo. Možno, keby sme sa rozhodli taký nejaký podobný nabíjač navrhnúť a napísať k nemu softvér, možno by sme prišli k tomu istému riešeniu ako oni.
Ale, človek nikdy nevie.
Odpoveď | 2011-04-14 16:43:01
.:. LQd | mail
predsa no, sú to len číňanci :D
ale keď tak pozerám na tie grafy, presne to isté by sa malo dať zvládnuť aj laboratórnym zdrojom, napätie nastaviť na hodnotu CV a obmedzovač prúdu na hodnotu CC. Asi ešte počkám s kúpou nabíjačky a až prídu baterky, tak si to vyskúšam. Teraz keď už do procesu nabíjania vidím, ani s tým programovaním by to nebolo tak náročné...
Odpoveď | 2011-04-27 19:49:46
.:. Sejny
To jsou holt číské algoritmy v levných nabíječkách. Z číny tohle má vychytané jen firma Jun-Si vyrábějící nabíječe iCharger. Samotné měření celkového napětí baterie je tam bráno ze servisního konektoru(pokud je zapojen) a přechod cc/cv proběhne zcela korektně.

Vůbec nejlepších výsledků co do rychlosti nabití a přesnosti balancování jsem dosáhl s Vaším omezovačem a laboratorním zdrojem Agilent 6675A.
Odpoveď | 2012-11-26 16:10:52
.:. Janko O
Môžem potvrdiť vaše slová, že najrýchlejšie nabijem LiPolky, keď ich pripojím na laboratórny zdroj s prúdovým obmedzením a do servisného konektora pripojím spomínaný obmedzovač.
Hoci ten zdroj dá len 1A (LiPolky sú 1300 mAh), tak batérie sú nabité skôr, ako na modelárskom nabíjači, kde nastavím prúd 1,3A.
Odpoveď | 2012-11-27 17:19:36
Dlho som bol z nedokonalostí nabíjačiek iMaxB6 (aj Turnigy Accucell 6) sklamaný, ale časom som sa s tým vyrovnal, hlavne keď som jednu vlastnou vinou odpálil a musel som za ten istý "smiešny peniaz" kúpiť novú. A hlavne, keď som (časom) viac prenikol do problematiky LiPol. Preto aj toto moje zamyslenie, ktorým samozrejme nechcem nikoho na nič presviedčať ...

Servisný konektor:
Moja iMax B6 požaduje pripojenie servisného konektora len v nabíjacom režime LiPo BALANCE. V ostatných režimoch (FAST, STORAGE, DISCHARGE, CHARGE) funguje aj bez (!) jeho pripojenia a vtedy nabíjací algoritmus napätia na servisnom konektore (ak je pripojený) len zobrazuje a nič viac. To je prvý dôležitý fakt.

Myšlienka kontrolovať celkové napätie na baterke len od servisného konektora (viď. príspevok od LQd) je síce logická ale nie je vyhovujúca pre všetky nabíjacie stratégie (FAST, STORAGE, ... ). Natíska sa otázka, či by bolo správne podmieniť alebo nepodmieniť každý nabíjací režim nutnosťou pripojiť aj servisný konektor. Tu číňan zvolil evidentné "nie", čím chcel možno ponúknuť univerzálnejšie použitia. Ja všetky svoje lipolky servisákom vybavené mám, takže neviem či by mi "áno" vadilo ...

Merania celkového napätia na baterke:
Ako navrhuje LQd merania odviesť až z výstupných svoriek za Rb - to by bolo asi tiež len čiastočné riešenie. Vnútorný odpor silových vodičov by tak-či-tak meranie skresľoval. Viem, dodávané vodiče sú "dosť hrubé a krátke", ale niekto možno uprednostní vlastné a tenšie (nájdu sa dôvody). A mám pocit že sa tu bavíme (tak trochu) na teoretickej úrovni. Takže "konečným" riešením by bol asi len ten servisný konektor, či nie :-)? A keď už raz číňan umožnil aj nabíjanie bez pripojenia servis. konektora, keď nie je známy stav jednotlivých článkov, je z hľadiska bezpečnosti (nie len pre baterku) asi lepšie merať celkové napätie práve pred Rb - hlavne pri veľkých prúdoch, kedy by prípadné článkové prepätie mohlo spôsobiť vážny problém. Nehovoriac o tom, že pri zmenšujúcom sa prúde (režim CV) sa postupne zmenšuje aj nepresnosť takéhoto merania.

Aj v tomto som teda s Jankom O. zajedno: "A tak si myslím, že ich k tomuto riešeniu niečo viedlo, len my teraz nevieme presne čo. Možno, keby sme sa rozhodli taký nejaký podobný nabíjač navrhnúť a napísať k nemu softvér, možno by sme prišli k tomu istému riešeniu ako oni."

Pri požiadavke zachovania "bezkonkurenčnej ceny" a čo najlepších vlastností výrobku, musel číňan dosť zabojovať. Lebo nájsť primeraný kompromis medzi možnosťami HW a akceptovateľnou úžitkovou (ne)dokonalosťou je všeobecne známy sizyfovský boj. To pozná každý vývojár. V návode potom číňan buď nepovie všetko (aby neklamal), alebo ho dá urobiť nejakému (s prepáčením) kolegovi-"maďarovi" aby návod nebol dosť jednoznačný, v zmysle nič nie je dokonalé - čo je myslím aj prípad návodu k iMaxB6. Výsledok je ale rovnaký - na drobné technické nedokonalosti obyčajný používateľ málokedy príde, a "zasvätený" si ich vie odôvodniť, v lepšom prípade aj akceptovať, hoci pri tom často riadne zagúľa očami. :-)

Znižovanie nabíjacieho prúdu:
Môj postreh je, že pri nabíjaní (napr. 3S-ky) aj vyššími prúdmi, mi CC-nabíjanie končí pri 12,6V a potom CV končí pri prúde 0,1A, a to aj v režimoch bez pripojeného servis. konektoru. To je ďalší dôležitý fakt.

Takže, ak si v článku zamením výraz 0,1*Inab absolútnym výrazom 0,1A, tak je (aspoň pre mňa) nedokonalosť merania celk. napätia akceptovateľné a zanedbateľné.

Mimochodom: Nikde v návode som sa nedočítal, že celkové nabíjanie končí pri poklese prúdu na 1/10 zadanej hodnoty. Daný odstavec v návode je príkladom dostatočne zahmleného a nejednoznačného textu. |-/

Nakoniec si neodpustím pochvalu:
Opäť jeden vynikajúci článok ! Autor v ňom, namiesto (technicky vzaté správnej) kritiky popisovanej nabíjačky, dáva dosť informácií na môj vlastný úsudok, ale ponúka i svoj vlastný záver - viď. posledný odstavec článku. Znalý si urobí záver sám a menej zdatným stačí prečítať si záver ... a všetci z toho majú dobrý pocit.
Toto sa mi na autorových článkoch veľmi páči. Ďakujem!
;-)
Odpoveď | 2014-12-07 15:19:07
Pridaj komentár
Meno
Web
Mail
Kontrola Zadajte číslo päť
Text

:-)
:-D
:-(
|-/
:-[]
;-)
8-|
8-o
Tučné | Podrazené | Kurzíva  | zdroják | odkaz
  • Pre odoslanie správy môžete aj použiť klávesovoú skratku Alt+S. (Podporujú len niektoré prehliadače)
  • HTML znaky budú prevedené na entity.
  • Vyjadrujte sa tu ako doma, aby sme vedeli ako to u Vás vypadá.
  • Odkazy začínajúce http:// budú automaticky prevedené na odkazy , nepoužívajte však v jednom príspevku viac ako 3 - to robia len spam roboti:-)
správca | ICQ-Vaše ICQ | Podpora miniRS | Styl LazyDays | Sk preklad by beekeeper | Veľkosť databázy: 26305.39 kb