ELEKTRONIKA > BATERIJE i PUNJAČI

Ispitivanje punjenje i kondicioniranje NiCd i NiMh baterija

(1/2) > >>

Goran:
U ovoj temi ću obraditi ispitivanje punjenje i kondicioniranje NiCd i NiMh baterija.

U velikim avionima kao i u modelima gde se koristi posebna prijemnička baterija, veoma je osetljivo pitanje kvaliteta baterija.
Ako prijemna baterija zakaže nema tog modela koji će ostati čitav.

Zato i treba posebnu pažnju posvetiti ovim baterijama jer su one i naj kritičnije.

Zašto najkritičnije. Iz prostog razloga zato što je to veoma kvarljiva roba koja lako izda RC pilota.

U prijemnim sistemima se koriste napajanja od 4.8V i 6V napona. Ako prebrojimo vidimo da je u pitanju 4 ili 5 ćelija NiCd ili NiMh hemije.
Ispitivanje i kondicioniranje ovih akumulatora je kritični momenat na koji u ovoj temi stavljam akcenat.

Ako ste primetili da se životni vek akumulatorskih prijemnih baterija skratio ili da sve češće morate da ih dopunjavate, vreme je za reviziju i proveru njihovog stanja.

Za testiranje baterija je poželjno imati nekoliko uređaja i priručnih spravica.

Digitalni AVO metar, po mogućnosti malo bolji i koji može da na kratko vreme meri struje do 20A

Cokin battery checker, opisan na:
http://rcfly4um.org/index.php?topic=2809.0

ili umesto njega otpornik 4.7 oma 11W ili 17W.

Žicu bakarnu preseka oko 2.5mm2 dužine nekoliko metara.

Punjač baterija. Najbolje univerzalni i pametni kao što je :
http://www.hobbycity.com/hobbycity/store/uh_viewItem.asp?idProduct=7028

ali mnogo bolji izbor je:
http://www.hobbycity.com/hobbycity/store/uh_viewItem.asp?idProduct=6792

Postupak:
1. Napuniti baterije na uobičajeni način.
2. Otvoriti baterijsko pakovanje tako da je svaka ćelija vidljiva i njeni krajevi dostupni.
3. Postaviti AVO metar na merenje struje u opsegu od barem 10A a još bolje u opsegu od 20A.
4. Na kratko kratkospojiti svaku bateriju i izmeriti i ubeležiti na papiru jačinu struje koju ta baterija može da da.
    Kratkospajanje baterije izvršiti u vremenu od oko 5 sekundi.
    Veoma pažljivo pratiti i zabeležiti početnu maksimalnu struju i onu koja će biti u petoj sekundi.
5. Ovde ćemo rasčlaniti moguća rešenja merenja:

a) Najbolja varijanta:
    U zavisnosti od veličine i kvaliteta ćelija (najčešće AA i AAA veličina) struja kratkog spoja za AA ćelije iznosi oko 13A a za AAA ćelije oko 6-8A.
    Ta struja treba veoma polako da opada i u petoj sekundi ona će možda pasti za AA ćelije na oko 8-10A a za AAA ćelije na možda 4A.

   Zaključak: Ova baterija je najverovatnije dobra.

b) Srednja još uvek ne toliko tužna varijanta:
    AA ćelija u kratkom spoju daje u trenutku 8A i polako u petoj sekundi pada na 3-4A. Za AAA ćelije to će biti možda 3-4A a u petoj sekundi oko 2A.

   Zaključak: Ove baterije su osrednje. Već im je porastao unutrašnji otpor i traže dodatnu pažnju i ispitivanje.

c) Loša varijanta:
    AA baterija u kratkom spoju daje 1-3A, ali već u petoj sekundi struja pada na 0.5A ili manje. AAA baterija srazmerno još manje.
 
   Zaključak: Bateriji je previše porastao unutrašnji otpor. Male su šanse (ali ipak postoje) da se baterija povrati u život.

d) Naj lošija varijanta:
   Baterija u kratkom spoju daje 0.5A ili manje a u petoj sekundi i još mnogo manje.

   Zaključak: Takvu ćeliju treba odmah baciti u kantu za primer ostalim baterijama da je takvo ponašanje nedopustivo.  :)

Primetimo da smo sve vreme baratali sa baterijama koje smo prethodno napunili na uobičajeni način.

Razmotrimo šta to znači izraz "napuniti baterije" i kako to izvesti kvalitetno.

Stari način koji u današnje vreme treba izbegavati:
Bateriju punimo 14 sati sa stujom od 1/10 kapaciteta. Tj. bateriju od npr. 2Ah punimo sa 200mA 14 sati.

Novi način punjenja:
Bateriju od 2Ah puniti onom maksimalnom jačinom struje koja do kraja punjenja neće pregrejati ćeliju.
To znači da pomenutu 2Ah bateriju možete puniti stujama između 0.5 i 2A. Ova gornja granica je pod uslovom da takva baterija za nešto preko sat vremena punjenja neće postići tremperaturu preko 45-50C (stepeni Celzijusa).
To znači da posle punjenja baterija sme da bude vruća ali da ste u stanju da je neograničeno dugo držite u rukama bez da se opečete.
Podrazumeva se da se punjenje izvrši sa "pametnim punjačem" koji "zna" kada je baterija puna.

Ovako punjene ćelije imaju teoretski kraći životni vek od onih koje se pune 14 sati. Ali samo na prvi pogled.
Koliko imate u kući baterija koje su doživele stvarno tih 1000 ciklusa punjenja. Niko ne živi toliko dugo.  ???. Baterije se najčešće mnogo pre upropaste.
Najčešće zbog nepravilnog rukovanja tj netačnih i neispravnih ciklusa punjenja i pražnjenja.

Nastavak ispitivanja i oporavka ćelija sledi sutra u narednoj poruci.
Za danas je bilo dosta pisanja.

Pozdrav Goran

 

Goran:
Razmotrimo sada "battery pack" (baterijsko pakovanje) koje smo na gore opisani način testirali.
Podsećam da je bilo potrebno i zapisati poziciju ćelije i karakteristike svake ćelije na papiru.

Moguća rešenja:

1) Najbolja varijanta:
   Sve ćelije su sličnih karakteristika i u kratkom spoju daju karakteristike koje su gore opisane pod "a".
   Gotovo je sigurno da su baterije u top formi. Za svaki slučaj baterijama predstoji još samo jedna provera dole opisana kao "provera kapaciteta baterija".

2) Srednja varijanta.
    Sve ćelije u baterijskom pakovanju se ponašaju kao pod "b"
    Baterije verovatno nisu još uvek loše. Sleduje im dodatak opisan pod "kondicioniranje baterija" kao i dole opisan postupak "provera kapaciteta baterija".

3. Srednje loša varijanta:
    Većina ćelija se ponašaju kao pod "a" ili pod "b" ali jedna ćelija se ponaša kao pod "c" ili "d"
    Rešenje: Takvu ćeliju treba obavezno zameniti sa drugom dobrom iz drugog po mogućnosti identičnog pakovanja ili sa novom ćelijom istog kapaciteta.
    Ovo menjanje (naročito sa novom ćelijom) ima svojih mana koje će biti kasnije opisane ali "vi nemate drugog izbora".

4) Loša varijanta.
    Polovina ćelija se ponašaju kao pod "a" ili pod "b" ali druga polovina ćelija se ponaša kao pod "c" ili "d"
    Iako su dve ćelije još uvek dobre i izdržale su više mesečno ili višegodišnje maltretiranje pogrešnim punjenjima/prepunjavanjima/potpunim pražnjenjima,
    one više nisu za upotrebu na kritičnim mestima kao što je napajanje  RC prijemnika.
    Rešenje: Dobre ćelije izdvojiti za napajanje "tranzistora" ili baterijske lampe a ostale, one koje su se ponašale kao pod "c" sleduje im dodatak opisan pod
    "kondicioniranje baterija" kao i dole opisan postupak "provera kapaciteta baterija".

5) Naj lošija varijanta.
    Sve ćelije se ponašaju kao pod "c" ili "d".
    Naravno baterije nisu za RC upotrebu. Možda je moguć delimični oporavak u dole opisanim postupcima, mada mnogo bolje bi bilo da se celo baterijsko pakovanje
    odloži na sigurno mesto dok se u vašem komšiluku ne pojavi kanta sa natpisom "Kanta za odlaganje otrovnog i opasnog otpada štetnog za čovekovu okolinu"

Nastavak sledi.

Pozdrav Goran

Goran:
Pokušaj oporavka baterija:

Prvo ćemo definisati kako se "postižu" nepravilni ciklusi punjenja i pražnjenja baterija.

Veoma lako. Dovoljna je samo nepažnja i nemar, kojem su većina ljudi skloni.

Loše: Baterije se najčešće pune "kad ti padne na pamet" ili posumnjaš da su možda "malo prazne".

Gore: Baterije se prazne dokle god daju znake života ili se ostave u uključenom uređaju koji ih isprazni  "do nule"

Katastrofa: Baterije se pune u "glupom punjaču" koji nezna da isključi punjenje ili se zaborave u punjaču koji ih prepuni i pregreje.

Dovoljan je bilo koji od ova tri gornja postupka da se desi pa da baterije "više ne budu ono što su bile".

Pravilan ciklus podrazumeva pre svakog punjenja, pražnjenje do tačno određenog napona pa onda punjenje do trenutka kada pametni punjač svojom elektronikom utvrdi da je baterija puna.

Sada ću da pojasnim ono što mnogi modelari ne mogu da razumeju:

Može li se običnim Ampermetrom ili Voltmetrom ustanoviti da li je baterija puna/prazna/koliko je puna ili koliko je prazna?.

Odgovor je: Ne, ne, ne i ne. Može se ustanoviti da li je ćelija potpuno prazna i ništa više.

Pa kada je ćelija potpuno prazna?

Odgovor: Kada izmerimo napon od 1v (prema nekim autorima 0.9V). Dakle kod potpuno ispravne ćelije, kada joj napon padne na 1V kažemo "ova baterija je prazna".

Vratimo se temi. Primetimo dva problema kod baterija:

Prvi: Bateriji je porastao unutrašnji otpor pa nije u stanju da daje velike struje pražnjenja.

Drugi: Baterija je izgubila kapacitet.

Oba problema su u vezi pa ćemo pokušati i da ih rešavamo zajedno.

Gubljenje kapaciteta baterije osim problema sa hemijom ima veze i sa zloglasnim memorijskim efektom ovih ćelija.

Kako sada gledam na problem. On je delimično ili u potpunosti rešiv.
Baterija koja se "zaglupela" usled revnosnih gore opisanih nepravilnih ciklusa punjenja i pražnjenja, može delimično ili u potpunosti da se "opameti".
Ovde se podrazumevaju baterije koje su u prvoj poruci opisane pod "a", "b" i poneke iz "c".

Za to nam je potreban brzi punjač koji je u stanju da daje struje do 2C. Dakle za neku batriju koja je kapaciteta 2Ah potreban je punjač ili ispravljač od 4A i srazmerno tome...

Zastanimo na kratko. Ako su u pitanju baterije "a" ili "b" to je tako ali ako su upitanju "c" baterije onda nam je potreban "glupi punjač" ili još bolje ispravljač sa regulacijom napona.
Zašto? Ako je ćeliji porastao unutrašnji otpor ona "neće da povuče struju pri malim naponima".
Potrebno joj je povisiti napon da bi "vukla" struju. U suprotnom ne možemo da započnemo postupak oporavka.

Nastavak postupka oporavka sledi posle oporavka autora teksta u krevetu.  :)

Pozdrav Goran

Goran:
Ovde ćemo se fokusirati na baterije tipa "b" i tipa "c".

Ove pod "b" ćemo lako napuniti u brzom punjaču. Napominjem da bateirije uopšte ne treba štedeti. Dovoljno su jeftine.
Ako se koristi pametni punjač onda se podesi 1C pa čak i 2C struja (do 4A).

Ove pod "c" pokušaćemo da napunimo u brzom punjaču. Ako ne ide, priključujemo ih na ispravljač sa regulacijom napona.
Povećavamo napon na ćeliji sve dotle dok baterija ne povuče 1C struju (npr. 2A) i puštamo je da se na taj način ćelija napuni i ugreje.

Sada dolazimo do iste tačke.

1. Sve ćelije koje su nam interesantne su napunjene sa velikom strujom.
2. Sve ćelije su se ugrejale prilikom punjenja.
3. Nismo dozvolili pregrevanje ćelija (45 do 50 stepeni Celzijusa).
4. Sve ćelije su potom ohlađene na sobnu temperaturu.

Uzimamo bakarnu žicu od barem 2.5mm2 i u dužini od par metara i sa njom kratkospajamo svaku ćeliju.
Pri ovom postupku svaka ćelija će biti ispražnjena maksimalnom strujom koju ona uopšte može da da.
Najbolje je da se baterija prilikom pražnjenja drži u ruci jer prilikom ovog radikalnog postupka pražnjenja, baterija počinje naglo da se greje.
Dolazimo do trenutka kada pažljivo pratimo temperaturu ćelije (koja nam stoji u ruci).
Ona naglo počinje da raste i postupak pražnjenja prekidamo kada temperatura ćelije dostigne prethodno pomenutih 45-50 C.

Takvu ćeliju odlažemo, prelazimo na sledeću.
Takav postupak prolazimo par puta, ali uvek sa ohlađenim baterijama (u međuvremenu ćeliju ne treba dopunjavati)

Ovakvim postupkom baterije se delimično ili potpuno vraćaju u život.
Smanjuje im se unutrašnji otpor i one mogu da postanu potpuno upotrebljive.

Ako ćelija posle par punjenja i pražnjenja nije u stanju da se ugreje prilikom kratkospajanja, onda nije više vredna naše pažnje i treba je odložiti u posebnu kantu za otrovni otpad.

Dolazimo do trenutka kada su sve ćelije prethodnim postupkom delimično ili u potpunosti oporavljene.

Šta sada?

Sledeći postupak je kondicioniranje pojedinačnih ćelija.

Osnovno pitanje je zašto insistiram na individualnom pristupu ćelijama (baterijama)?
Iako je "grupni" pristup je mnogo brži (vezivanjem baterija na red), nismo u stanju da svaku ćeliju ni napunimo ni ispraznimo kako treba upravo zbog rednog vezivanja.
Dobre ćelije će još više upropastiti lošije ćelije, pa postupak oporavka nema smisla.

Kondicioniranje izvodimo na sledeći način:

1. Ako posedujemo pametni punjač: Nameštamo na 3 ciklusa automatskog pražnjenja i punjenja.

Kako podesiti parametre "pametnog punjača"?

1. Napon kada se prekida pražnjenje 0.9V (ovo iz razloga što uzimamo u obzir i otpor priključnih žica i kontaktni otpor)
2. Struja punjenja reda 1/5 C (orijentaciono 400 mA).
3. Struja pražnjenja takođe 1/5 C (orijentaciono 400 mA).
4. Prekid punjenja kada se dostigne nazivni kapacitet baterije "uključen" (Capacity Cutoff).
5. Podesiti kapacitet za isključivanje prema nazivnom kapacitetu ćelije.
6. Broj ciklusa pražnjenja i punjenja 3.

Novi punjači automatski beleže postignuti kapacitet baterija koje su postigle pri pražnjenju i  punjenju.

Primetićete da u svakom narednom ciklusu kapacitet ćelije postaje sve veći. To nam je bio i cilj zar ne!

Pažljivo zabeležimo postignuti kapacitet svake ćelije prilikom pražnjenja. Prijavljeni kapacitet na punjenju nije bitan.

Na ovaj način oporavljene i kondicioniranje ćelije su spremne za pokušaj formiranja baterijskog pakovanja na sledeći način:

Uslovi:
1. Sve ćelije i dobre i loše su kondicionirane pojedinačno.
2. Sve su napunjene u zadnjem ciklusu pomoću "pametnog" punjača.
3. Imamo zapisano i markirano za svaku ćeliju postignuti kapacitet prilikom pražnjenja u zadnjem ciklusu.

Sve ćelije vezujemo na red (bilo koji broj 5,6,10 kom.) i ostavljamo da se odmore i odleže par dana.

Kao i autor ovog predposlednjeg nastavka.

Pozdrav Goran

(Zašto par dana saznaćete u zadnjem nastavku)

Goran:
Evo postupka kondicioniranja ćelija ako nemamo pametan punjač:

U pitanju je "glupi punjač" ili još bolje ispravljač.

Kako rade glupi punjači?
Poseduju trafo i ispravljač koji daje neki nizak napon.
Mogu samo da predpostavim možda 1.4-1.6V.
Kada priključimo bateriju zbog razlike napona prazne ćelije (1V) i napona punjača dolazi do potoka stuje i punjenja ćelije.

Ovde vidimo i jedan problem:
Dok je ćelija prazna i razlika napona između baterije i punjača najveća, najveća je i struja punjenja. Kako napon na ćeliji polako raste, smanjuje se struja punjenja.

Veoma je teško utvrditi koji kapacitet je neka ćelija dostigla. Takođe veoma je teško, meriti i struju punjača jer ampermetar "nema gde da se utakne".
Postoji samo jedna mala caka za merenje struje punjenja kod glupog punjača, najčešće onog koji se direktno utakne u zid.
Potrebno je pronaći dvostrani vitroplast debljine 0.8mm ili još bolje 0.6mm. Potrebno je odrezati pločicu veličine 8mm x 20mm.
Takvu pločicu treba "zavući" između baterije i kontakta na punjaču. Time je prekinut strujni krug a dobili smo dve tačke na koje možemo da namestimo ampermetar.

Kod ispravljača je stvar donekle lakša. Upotrebićemo baterijsko kućište i na red sa jednom klemom spojiti ampermetar da bi merili struju punjenja.

Da bi od potpuno prazne ćelije dobili potpuno punu upotrebićemo ovu približnu formulu:

Za ćeliju 2000 mAh: 200mA x 14 sati = 2800 mAh treba utrošiti za punjenje.
Ako punimo sa strujom od 400mA treba puniti 7 sati.
Ako punimo sa strujom od 700mA treba puniti 4 sata.

Pražnjenje ćelije:

Možemo upotrebiti "Battery checker" opisan na: http://rcfly4um.org/index.php?topic=2809.0

Ili prosto sve to zameniti sa jednim jačim otpornikom i voltmetrom.

Ako upotrebimo iste parametre kao prethodno opisane (pražnjenje sa strujom 1/5C) dakle 400mA preko Omovog zakona ćemo preračunati potreban otpornik.

R=U/I. Iz čega sledi: Napon ćelije oko 1.3V/struja 0.4A = otpornik od 3.3 oma.
Ovo je sasvim standardan otpornik i zgodno je da bude snage od 2W ili 5W da bi se lakše hladio.
Može se kupiti svuda, ili dobiti poštom: ITC electronic Svilajnac, MG electronic Niš, Radio klub u Timočkoj 18 BGD, itd.

Problem ovih ručnih metoda punjenja i pražnjenja je sledeći.

Prilikom punjenja često treba kontrolisati struju punjenja da bi se proračunalo kada treba prekinuti punjenje.
Prilikom pražnjenja situacija je još teža:

1. Nije sigurno koji kapacitet jedna ćelija uopšte ima tj koliko joj je kapaciteta preostalo.
2. Problem sa naponom. Ovo ćemo posebno objasniti.

Prilikom pražnjenja NiMh i NICd ćelija kada je ćelija potpuno puna prilikom priključivanja otpornika, napon malo opadne.
Taj napon treba obavezno i gotovo sve vreme meriti voltmetrom koji se priključuje paralelno sa ćelijom.
Napon veoma lagano opada prilikom pražnjenja ćelije tako da gotovo da možemo da kažemo je napon skoro konstantan skoro sve vreme pražnjenja.
Tek na kraju kada je ćelija gotovo potpuno prazna, napon naglo počinje da opada da bi za svega nekoliko % vremena pražnjenja pao sa 1.2 na 1V, kada kažemo da je ćelija prazna.

To i jeste problem sa ovim ćelijama koji sam na početku opisao kao nemogućnost da se ustanovi koliko je jedna nepoznata ćelija puna ili prazna pomoću AVO metra.
Zbog ovog problema ako nismo u blizini otpornika i votmetra veoma lako možemo da prepraznimo ćeliju i da je još više upropastimo.

Iz svih gore navedenih razloga izdvojiti 45E ili malo više deluje veoma razumno za pametni punjač. Mnogo se manje gubi vreme na vremenski zahtevne operacije.

Kada sve ćelije ispraznimo i napunimo više puta bilo automatski ili ručno sledi nam završna operacija testiranja.
Sve ćelije vezujemo na red (bilo koji broj 5,6,10 kom.) i ostavljamo da se odmore i odleže par dana.

Završni tekst sledi.

Pozdrav Goran

Navigation

[0] Message Index

[#] Next page