Zmena vnútorného odporu LiPol článkov pri zmene teploty
Teraz, keď je vonku chladno, sa skoro každý deň na modelárskych fórach objaví žiadosť začínajúceho modelára o pomoc pri riešení problému: dotyčný deklaruje problémy s regulátorom, no nakoniec sa spravidla ukáže, že tým pravým vinníkom je "prechladnutá" pohonná LiPol batéria.
Konkrétne: na vine je závislosť vnútorného odporu (Ri) batérie na teplote.
V súvislosti s tým sa vynárajú nasledovné vzťahy: "Zmena Céčok LiPol článkov pri zmene teploty".
No oveľa názornejšie to vyzerá takto: "Veľkosť maximálneho odoberaťeľného prúdu z LiPol článkov v závislosti od ich teploty".
autor: Janko O.
V praxi to môže vyzerať takto: Máme LiPol batériu, ktorá má svoju Kapacitu a svoje Céčka. Z toho vyplýva, že z nej môžeme odoberať určitý maximálny prúd, ktorý je vlastne súčinom Kapacity a Céčok (PRÚDmaximálny = Kapacita x Céčka). Ale toto platí len pri určitej teplote, konkrétne pri "bežnej" teplote, teda asi 20 stupňov Celzia. Pod pojmom maximálny odoberateľný prúd (vyššie spomínaný PRÚDmaximálny) rozumieme taký (pre LiPol batériu životnosť nadmerne neskracujúci) prúd, pri ktorom napätie batérie klesne o 10% oproti napätiu bez odberu prúdu.
Ale tí, ktorí lietajú elektrolety aj v zime majú aj ďalšiu skúsenosť: Keď sú LiPol batérie "podchladené", tak nechcú "ťahať", čo znamená, že nie sú schopné dodať taký maximálny prúd, ako keď je ich teplota normálna. Po chvíli "trápenia" sa však batérie ohrejú, Ri klesne a model sa stane svižnejším. Dokonca niektorí modelári, v snahe zvýšiť maximálny odoberateľný prúd svojich LiPoliek, ich tesne pred štartom zahrievajú.
Pozrime sa na to z fyzikálneho hľadiska: Zatiaľ čo Kapacita LiPoliek sa s teplotou príliš výrazne nemení, tak s vnútorným odporom Ri jednotlivých článkov robí teplota priam divy. Tu treba poznamenať, že práve vnútorný odpor Ri je zodpovedný za maximálny odoberateľný prúd LiPol batérií. O tom, aký je vzťah medzi maximálnym odoberateľným prúdom, vnútorným odporom článkov Ri, Kapacitou a Céčkami pojednávajú články Céčka a vnútorný odpor LiPo akumulátorov a Využiteľná kapacita LiPol batérie a v sekcii Download je k dispozícii programová utilita, ktorá vám môže "odhaliť", ako je to naozaj s vašou batériou. (Niekedy to bývajú odhalenia veľmi nepríjemné.)
Keďže sa v uplynulom období o LiPol batériách, o ich vnútornom odpore a o ich maximálnych prúdoch dosť popísalo, nedalo nám to a urobili sme niekoľko meraní, z ktorých predkladáme akýsi "výcuc". Vybrali sme niekoľko LiPol batérií, ktoré boli od rôznych výrobcov, ktoré mali rôzne kapacity a ktoré mali rôznu "históriu". Tým máme na mysli, že niektoré boli takmer "panensky" nepoužité, iné mali za sebou mnoho a mnoho cyklov bežného použitia a niektoré mali nielen "kruté detstvo", ale aj krutý celý život a "na staré kolená" sa dožili len pohŕdania. Všetky batérie sme vždy naraz vystavili postupne rôznym teplotám, vzhľadom na domáce podmienky to bolo päť teplôt od -12 do +54 stupňov Celzia. V danej teplote boli batérie minimálne 2 hodiny a potom absolvovali meranie Ri. Potom bola teplota zmenená, zase 2 hodiny ustálenia a ďalšie meranie Ri. A tak dookola. Merania to boli časovo náročné, ale keďže sme nikde podobné výsledky nezohnali, zmerali sme si to sami. Sme si vedomí, že bolo zmerané pomerne málo rôznych batérií, takže štatistici teraz asi zalamujú rukami, ale aspoň pre orientáciu sú získané výsledky použiteľné.
Tabuľka absolútnych hodnôt vnútorného odporu Ri v závislosti od teploty LiPol článkov je síce krásna, ale oveľa vhodnejší je graf, kde je táto závislosť vyjadrená relatívne. To znamená, že všetky hodnoty sú prepočítané vzhľadom na hodnoty dosiahnuté pri "normálnej" teplote. Z toho sa potom dá pre ľubovoľnú LiPol batériu približne stanoviť koľkonásobne vnútorný odpor Ri pri určitej teplote stúpne (v chlade) alebo klesne (v teple).
Ďalší "relatívny" graf namiesto "neobľúbeného" vnútorného odporu Ri, zobrazuje trochu "obľúbenejšie" Céčka, opäť v závislosti od teploty LiPol batérie.
A Céčka už dávajú priamu predstavu o maximálnych možných odoberateľných prúdoch tej-ktorej batérie pri tých-ktorých teplotách. Cez to všetko, že by to pri vyšších teplotách mohlo nabádať k odberu väčších maximálnych prúdov, ako pri normálnych teplotách, tento postup by zrejme viedol k radikálnemu zníženiu životnosti LiPol batérií. Či už sú odoberané prúdy nízke alebo vysoké, v každom prípade je zvýšená teplota úhlavným nepriateľom (životnosti) LiPol batérií a k meraniu vnútorného odporu pri teplotách nad 40 stupňov Celzia sme pristupovali s tým, že pre merané batérie to môže byť osudná rana.
Predložená tabuľka a samozrejme aj grafy jasne potvrdzujú v úvode spomínané "pocity zimných modelárov", z ktorých vyplýva, že bez ohľadu na výrobcu, typ a históriu, všetky LiPol batérie vykazujú pomerne výraznú závislosť svojho vnútorného odporu Ri v závislosti na teplote. Pri nízkej teplote je Ri vysoký a teda maximálny odoberateľný prúd je malý, zatiaľ čo pri vyšších teplotách Ri výrazne klesá a batériou poskytovaný maximálny odoberateľný prúd rastie.
Ak sa teda vrátime k úvodu článku a položíme si otázku: Prečo modelár s problémami s elektropohonom v zime upriamil svoju pozornosť práve na regulátor?
Nuž, pretože pridal plyn a regulátor ho zase stiahol - ubral, alebo vypol motor. Ale neurobil tak preto, že by bol vadný, ale preto, že vplyvom zníženej teploty stúpol vnútorný odpor Ri pohonnej batérie. Na tomto odpore pri danom pretekajúcom prúde vnikol úbytok napätia, napätie na svorkách batérie pokleslo pod určitú hodnotu a regulátor to vyhodnotil, ako že je batéria takmer vybitá a v snahe ju ochrániť pred ďalším nebezpečným poklesom napätia, motor vypol. Tým sa však časť elektrickej energie v batérii premenila na teplo, čo zvýšilo jej teplotu. To malo za následok zníženie úbytku napätia na Ri, nárast napätia na svorkách batérie a regulátor už ďalej nemá dôvod vypínať motor.
V našich úvahách alebo výpočtoch sme predpokladali, že batérie majú stále také Céčka, ako je na nich napísané. Ale že to tak nie je, o tom pojednáva článok Céčka a vnútorný odpor LiPo akumulátorov. Aké Céčka vaše LiPol batérie skutočne majú môžete bez aj bez špeciálnych meracích prístrojov jednoducho zistiť, tak ako to popisuje článok Zistenie skutočných Céčok batérie bez špeciálnych prístrojov. Pre bežného modelára je toto zrejme najlacnejšia a najschodnejšia cesta, ako zistiť "kondíciu" pohonných batérií, ačkoľvek na našej Web stránke uvádzame aj návod na výrobu Merača vnútorného odporu LiPol batérií.
Súvisiace články:
Zistenie skutočných Céčok batérie bez špeciálnych prístrojov
Predĺženie životnosti LiPol batérií - 1.časť
Predĺženie životnosti LiPol batérií - 2.časť
Céčka a vnútorný odpor LiPo akumulátorov
Využiteľná kapacita LiPol batérie
Measuring Internal Resistance of LiPo Battery