AKU BATERIJE

[YU1IE]

Naleteo sam na ovaj clanak ,ne znam dal ga smem kopirati pa evo link do njega   http://bas.elitesecurity.org/baterije.html

[YU1IE]

Saznajem da je ovo tekst pok.Borivoja Jagodica divnog coveka i dobrog radioamatera.Bicu slobodan da ga postavim u celini .Hvala mu.

BATERIJE i AKUMULATORI

U zadnjih godinu dana sam vise puta bio u prilici da na opsegu slusam razgovore i probleme mnogih drugara, vezane za baterije i akumulatore koji se koriste za nase mobilne i rucne radio uredjaje, mobilne telefone i niz drugih uredjaja. Ovaj clanak je rezultat moje zelje da pomognem i makar malo doprinesem boljem poznavanju i razumevanju ovog problema u granicama svog skromnog znanja o njima. Ja nisam neki poseban strucnjak za baterije (cak daleko od toga!), ali sam tokom godina provedenih na Novom Zelandu, imao puno prilika (a i bio prinudjen) da sa njima "ratujem" jer sam radio u kompaniji koja je, izmedju ostalog, bila i glavni zastupnik i serviser za Motoroline radio stanice i mobilne telefone.

Radio-amateri se danas uglavnom susrecu sa nekih pet tipova baterija i akumulatora, i poredjane po masovnosti na trzistu to su:
NiCd = Nikl Kadmijumske
NiMH = Nikl Metal Hidridne
SLA = Sealed Lead Acid (zaliveni olovni akumulatori sa elektrolitom u obliku gela tzv. "GelCell")
Automobilski akumulatori (sa tecnim elektrolitom)
LiIon = Litijum Jonske


--------------------------------------------------------------------------------


U koliko se puno bavite baterijama ili zelite da svoje baterije drzite sto duze u upotrebljivom stanju, mozda ce vam biti interesantan neki od uredjaja koje sam svojevremeno konstruisao bas za te potrebe:

Merac kapaciteta NiCd, NiMH i SLA baterija od 10mAh-10Ah sa digitalnim pokazivanjem
"Inteligentni" punjac SLA baterija
Fast charger - brzi punjac za NiCd baterije

--------------------------------------------------------------------------------


NiCd - Nikl Kadmijum baterije

Nikl Kadmijum baterije su verovatno najrasprostranjeniji i amaterima najbolje poznat tip baterija. Imaju puno izvrsnih osobina i sto se vise koriste njihova cena postaje sve prihvatljivija za amaterski dzep.

U praksi su za amatera najvazniji parametri jedne baterije, pa i Nikl Kadmijumske, napon po celiji, kapacitet i "stil" punjenja. Nominalni napon za NiCd baterije je 1,2V po celiji kada je celija ispravna i potpuno napunjena. Ispraznjena celija u normalnoj upotrebi nebi trebalo da "padne" ispod 1,0V a pri jacem praznjenju (strujama blizu 1C) sme da bude i do 0,9V po celiji ali to je apsolutni minimum. Sve ovo vazi za normalnu upotrebu i vlasnika koji zeli da mu baterije pouzdano u sto duze traju. To ne znaci da ako ste zaboravili da iskljucite uredjaj i baterija se ispraznila na 0V morate da je bacite. Novije baterije a i one bas u dobrom stanju ce i to "preziveti" mozda nekoliko puta. Ako vam se to dogodilo takva baterija bi trebalo da se ostavi (bez punjenja!) da otkacena od potrosaca miruje 12-24 sata i ako su celije ispravne, njen napon ce se (prividno "sam od sebe")podici na oko 0,8-1V po celiji. U koliko je u Bateri-Paku postojala bilo koja celija koja je pocela da "popusta" to ce se sada lepo videti jer se na njoj napon nece povratiti. Nemojte misliti da je celija bila unistena tim praznjenjem do 0V. Najcesce je ona pocela da "popusta" jos ranije ali to nije moglo da se primeti u normalnoj eksploataciji. Medjutim ovo preduboko praznjenje je tu (ili te) celiju dovelo u stanje takozvane "reverzne" ili obrnute polarizacije i ona se vise ne moze povratiti. Kada su celije stvarno dobre ovo im se nece dogoditi i one ce se polako oporaviti. Neki autori cak predlazu ovaj metod testiranja neispravnih celija kod starijih Bateri-Pakova, ali vam ja licno to bas i ne preporucujem. Ako se bas i dogodi...boze moj... sta je tu je i nadajte se najboljem, ali da to namerno radite samo radi provere (pogotovo kod novijih ili dobrih celija) bas i ne mislim da je mnogo pametno!

Kapacitet celije se obicno obelezava slovom "C" (od CAPACITY) i u zavisnosti od velicine celije, izrazava se ili u "mAh" (miliamper casovima) ili u "Ah" (amper casovima), i kod renomiranih proizvodjaca je uvek odstampan na plasticnom omotu celije. Iz celije od recimo 600mAh cete moci da "vucete" struju od 60mA u trajanju od 10 sati ili recimo struju od 300mA u trajanju od 2 sata. Cesto cete moci i nesto vise, jer ti isti renomirani proizvodjaci najcesce navode kao garantovani kapacitet nesto manju vrednost nego sto je to stvarno, pa sam nailazio na bas takve 600mAh baterije koje su imale kapacitet i po 680 pa i 710mAh na laboratoriskom meracu kapaciteta, ali to ne mora biti bas kod svake celije. Kao i sve druge celije, i NiCd imaju takozvano "samopraznjenje" tj. i kada se iz njih ne trosi nikakva struja, one stajanjem polako gube deo energije i to oko 1-1,5% dnevno na sobnoj temperaturi. Dakle ocekujte da ispravna potpuno napunjena baterija od recimo 600mAh, kroz 10 dana stajanja izgubi 60-90mAh od svog kapaciteta.

Punjenje baterija je u stvari proces pretvaranja elektricne energije u hemisku energiju i nikada nije idealno efikasan. To znaci da cemo u toku punjenja uvek morati da "ulozimo" vise energije nego sto cemo kasnije u toku koriscenja (praznjenja) moci od baterije da dobijemo. Kod NiCd baterija ta efikasnost punjenja varira u zavisnosti od struje punjenja i iznosi oko 83% pri struji punjenja od 1C; nekih 63% pri struji od C/5 a tek nekih 55% pri struji od C/10. Uzmimo kao primer onu bateriju od 600mAh. Vec smo rekli da cemo iz nje moci da trosimo struju od 60mA u trajanju od 10 sati. Ako sada pokusamo da je isto toliko vremena punimo istom takvom strujom, necemo u nju "vratiti" tih 600mAh vec ce ona primiti samo oko 55% od toga. To je delimicno zbog toga sto je efikasnost punjenja uvek manja od 100% a i zbog toga sto se ni jedna celija ne moze potpuno napuniti iz izvora ciji je napon isti kao nominalni napon same celije. Zato se punjenje uvek vrsi iz izvora kome je napon nesto visi, i kod NiCd celija mora biti barem 1,42V po celiji da bi se napunila 100%. Podizanjem napona malo smo "ustedeli" na potrebnom vremenu punjenja. To u praksi znaci da je pri punjenju strujom od C/10 (u ovom slucaju je to 60mA) potrebno 1,4 puta vise vremena za punjenje pa ce ono trajati najmanje oko 14 sati. Uzimajuci u obzir da baterije nisu uvek sasvim nove i savrsene, radi sigurnosti se uvek kaze da punjenje treba da traje 14 do 16 sati.

Da bi mogli da ispravno napunimo NiCd bateriju potrebna su nam tri podatka:

kapacitet
trenutno stanje napunjenosti
tip (ili podvrsta) celije (ovo uglavnom vazi za NiCd celije)
Iz podatka o kapacitetu celije ili baterije cemo saznati kojom strujom je treba puniti, mada cemo malo kasnije videti da to jos zavisi i od podvrste celije.

Trenutno stanje napunjenosti je podatak sa kojim cemo najcesce imati problema jer je tesko proceniti koliko jos kapaciteta ima u celiji ili bateriji posle nekog perioda upotrebe a kada baterija jos nije potpuno prazna. Na srecu to bi nam bilo vazno samo kod neke od brzih metoda punjenja, ali uzimajuci u obzir da se kod tih metoda preporucuje da se pre punjenja baterija potpuno isprazni, taj podatak ce retko kada biti posebno kritican.

NiCd baterije se najcesce srecu kao "Normal Charging", "Quick Charging" i "Fast Charging". Za zadnja dva podtipa mi koristimo istu rec "brzo punjenje" mada se oni donekle razlikuju kao sto cete videti. "Normal" celije treba puniti SAMO strujom C/10 u trajanju od 14 do 16 sati. Za to se koriste "Overnight Chargers" (punjenje u toku noci) i oni svi imaju struju oko C/10. Ako bas morate (a gledajte da to bude sto redje!) mozete i ove celije puniti brzim tempom tj. vecom strujom (NE PREKO C/3) ali tada MORATE da merite i pratite temperaturu celije ili baterije koja bez obzira dokle je stiglo punjenje ne sme preci 45-50C!!! Uopste receno, kako god da punite baterije, njihova temperatura ni u jednom momentu nebi smela da predje tu vrednost i treba je odmah iskljuciti bez obzira da li se do tada napunila ili ne.

NIKADA NEMOJTE NI PUNITI A NI PRAZNITI (KORISTITI) BATERIJE CIJA JE TEMPERATURA NIZA OD 0�C ILI VISA OD 40�C. OVO VAZI ZA SVE TIPOVE BATERIJA!!!

Celije "Quick" tipa se mogu puniti strujama u rasponu od C/5 (oko 8 sati punjenja) pa do C/3 (oko 5 sati punjenja). Kod ovog tipa je preporucljivo prethodno isprazniti celiju (ili bateriju sa takvim celijama), pa tek onda puniti. Pri punjenju ovakvim strujama neophodno je pratiti temperaturu celija. Normalno, ove se celije mogu puniti i bilo kojom manjom strujom od C/5, cak ce se i "lepse osecati"pri takvom punjenju, ali se gubi prednost u ustedi vremena potrebnog za punjenje, tj. i njima tada treba 14-16 sati punjenja. U tom rezimu nije neophodno da im se kontrolise temperatura.

Sve sto je receno za "Quick" tip vazi i za "Fast" tip (ove se ne kupuju na trafici, takodje nisu novine a i ne smrde na krdzu!) tra...tra... Ovaj tip se moze puniti strujama od C/2 a poneke i do 2C, ali morate biti sasvim sigurni da su bas tog tipa inace ce biti (kako kaze Bora Todorovic u "Underground"-u) "katastrofa"! Najcesce se ipak koristi punjenje strujom od 1C i ono treba da traje oko 1,5 sat, a najvaznije je da temperatura celija ne predje 45�C!!!

Kojim god metodom da ste punili baterije, proces treba da se nastavi i zavrsi fazom "dopunjavanja" ili "odrzavanja" koja se obavlja strujom od C/20 do C/50.

Stalno se pominje ta temperatura celija, pa da vidimo sta je to i zasto! Paradoksalno zvuci, ali proces punjenja NiCd celija je u stvari ENDOTERMAN sto znaci da temperatura celije cak i opada u toku punjenja. Kada se celija napuni, dalji protok struje pocinje na Nikl elektrodi da stvara mehurice kiseonika koji bivaju privuceni od Kadmijum elektrode gde pocinju da stvaraju Kadmijum-hidroksid. Povrsina pokrivena ovim hidroksidom prakticno smanjuje efektivnu povrsinu Kadmijum elektrode sto se manifestuje blagim padom napona celije koja se puni. Najveci broj "Inteligentnih" punjaca upravo radi na principu pracenja tog malog pada napona da bi odredili momenat zavrsetka punjenja i prebacili na dopunjavanje tj. odrzavanje. E pa samo deo tog stvorenog kiseonika se ovako utrosi, a ostatak ostaje u celiji i povecava unutrasnji pritisak. Da bi se obe ove nezeljene pojave umanjile ili sprecile, u modernim celijama je ugradjen i tzv. "katalizator" koji neutralise visak kiseonika. U tom procesu nastaje toplota koja podize temperaturu celije, a posto se to dogadja tek onda kada pocne da se stvara kiseonik, a to je tek kada je celija napunjena, tako znamo da kada pocne da joj raste temperatura mora biti da je zavrsen proces punjenja. Sam "katalizator" je tako resen da uspeva da "savlada" kolicinu kiseonika koja se stvara pri sporom punjenju (C/10) pa zato nije potrebno kontrolisati temperaturu pri toj struji punjenja bez obzira koji tip NiCd celije se puni jer nece ni doci do znacajnijeg porasta. Medjutim kod vecih struja punjenja "katalizator" nece stici da obavi posao pa je pracenje temperature obavezno ako hocete da ne upropastite celije.

Postoje jos dva fenomena specificna za NiCd celije a to su efekat "memorije" i "migracija kadmijuma" ali ne smatram da su od prevelikog interesa za svakodnevnu amatersku praksu pa ih necu detaljnije obradjivati. Dovoljno je reci da bi baterije (ako ih svakodnevno koristimo) trebalo jednom nedeljno potpuno isprazniti (ne na 0V!) i onda kompletno napuniti i nece biti problema sa "memorijom". Efekat "migracije kadmijuma" cete verovatno potpuno izbeci time sto necete baterije ostavljati u nedogled na dopunjavanju.

Nacicete ogroman broj najrazlicitijih punjaca NiCd baterija i vecina ce verovatno lepo zavrsiti posao. Verovatno najjednostavniji i najjeftiniji je dat na sledecoj slici.



Ovaj punjac zbog svoje jednostavnosti nema mogucnost da se sam automatski prebaci na dopunjavanje tj. odrzavanje, ali je to uz malu intervenciju sasvim izvodljivo.

NiMH - Nikl Metal Hidridne baterije

Vecina onoga sto je receno za NiCd, vazi i za NiMH baterije i celije mada se one dosta razlikuju u tehnologiji izrade. U vreme kada su se pojavile, bile su strasno "bombasto" promovisane pa je na osnovu toga veliki broj ljudi stekao utisak da su daleko superiornije od NiCd sto u sustini nije bas tako ako se uzimaju u obzir svi vazni parametri.

Dve glavne prednosti u odnosu na NICd celije su duze "drzanje" nominalnog napona u toku praznjenja i nepostojanje efekta "memorije". Sa druge strane, NiMH celije u proseku izdrzavaju oko 300 do 600 ciklusa punjenja i praznjenja (NiCd - 500 do 1000 ciklusa), dosta su osetljivije na prepunjavanje (lakse se ostete) i stepen samopraznjenja im je 3-4% dnevno (NiCd - 1% dnevno). I ove celije imaju nominalni napon od 1,2V po celiji a buduci da se rade u istim velicinama kao i NiCd mogu medjusobno menjati jedni-druge. To ipak ne znaci da mozete u jedan Bateri-Pak vezati u seriju "mesano" nekoliko NiCd i nekoliko NiMH celija. Kada bi iz takve baterije samo trosili struju, nebi bilo problema, ali bi oni nastali u procesu punjenja jer tu postoje razlike.

NiMH se takodje pune konstantnom strujom kao i NiCd i najveci deo onoga sto je receno za NiCd vazi i za njih, ali apsolutno NIJE PREPORUCLJIVO da se za njih koriste punjaci za NiCd. To je zbog toga sto je onaj mali pad napona celije na kraju punjenja, kod NiMH celija gotovo neprimetan, pa ga oni punjaci koji rade na principu detekcije bas tog pada napona, ne mogu registrovati i jednostavno nastavljaju sa punjenjem i tako prepunjavaju celije. Jedini punjaci koji se preporucuju za NiMH celije i baterije su oni koji imaju mogucnost da precizno detektuju temperaturu celija tokom punjenja jer je porast temperature celija na kraju punjenja kod NiMH mnogo vise izrazen pa se to koristi kao indikacija kraja punjenja.

Prosecna efikasnost punjenja je kod NiMH celija 66% pri strujama od C/10, pa im je potrebno nesto krace vreme punjenja. I one imaju ugradjeni "katalizator" za neutralizaciju nastalog kiseonika na kraju punjenja, ali je on sposoban da se sa time "bori" samo kod struja punjenja do C/10. Pri vecim strujama punjenja dolazi na kraju ciklusa do naglijeg i veceg porasta temperature celija zbog nesposobnosti katalizatora da "proguta" sav nastali kiseonik, pa je u cilju ocuvanja i dugotrajnosti celija neophodno imati kontrolu temperature.

Cesto cete cuti da ljudi tvrde da im NiMH baterije traju duze nego NiCd istog kapaciteta. To je zbog toga sto NiMH u toku praznjenja duze odrzavaju nominalni napon i tek pred sam kraj kapaciteta naglije "padnu". Tako prividno izgleda da su trajale duze, pa ako vam je takva osobina posebno vazna za neku specificnu upotrebu, uzmite NiMH bateriju.



SLA - zaliveni olovni akumulatori

Zaliveni olovni akumulatori (Sealed Lead A cid) su stvarno izvrstan izvor struje i prava je steta pa i nepravda da se u amaterskim rukama ne srecu mnogo cesce. Kod nas se u poslednje vreme mogu dosta lako naci cak i vrlo, vrlo jeftino. Ima ih u UPS uredjajima za "Bekap" (Backup) kompjutera, u raznim uredjajima tipa "pomocno osvetljenje u slucaju nestanka struje" koji se vidjaju na buvljacima i u kineskim sopovima u kombinacijma: radio/neonka ili bateriska lampa/radio/neonka itd. itd. Najcesce su oblika cigle samo dosta manje, mada ih ima i skoro te velicine. Za razliku od klasicnih olovnih akumulatora, SLA imaju elektrolit u obliku gela, dakle nije tecan i posto su baterije zalivene i bez ikakvih otvora elektrolit ne moze da iscuri pa se SLA mogu koristiti u bilo kom polozaju bas kao i NiCd i NiMH baterije.

Nominalni napon po celiji je 2V kao i kod klasicnih olovnih akumulatora, a najvisi je u toku tj. pred kraj punjenja kada ide i do 2,4V sto je maksimum za ove celije. Najcesce se srecu baterije napona 6 i 12V a rade se za razlicite kapacitete pocev vec od oko 1Ah pa navise. Apsolutno najnizi napon do koga sme da se isprazni SLA celija je 1,75V a ja vam nebi preporucio da idete ispod 1,8V.

Prosecna efikasnost punjenja je kod njih oko 70%. Mogu se puniti i konstantnom strujom i konstantnim naponom ali i kombinacijom ove dve metode. Ipak najbolje se pune ako se u pocetku (PRVI period) pune konst. strujom od C/8 do C/10 sve dok napon celija ne dostigne oko 2,3V po celiji. Tada bi punjac trebalo da se automatski prebaci da radi kao izvor konstantnog napona (DRUGI period) koji se dobija kada se 2,4V pomnozi sa brojem celija u bateriji, (pa ce to biti 7,2V za 6V bateriju sa 3 celije, odnosno 14,4V za 12V bateriju sa 6 celija). U nastavku punjenja ovaj se napon odrzava konstantnim sve dok struja ne padne na nekih 10% vrednosti struje kojom se punila u PRVOM periodu, a onda se izlazni napon automatski prebacuje na fiksnu vrednost od 2,3V po celiji (TRECI period) i tako ostaje jos barem 2-3 sata da bi se proces zavrsio. Ovaj TRECI period je tzv. "float charging" i u stvari predstavlja dopunjavanje tj. odrzavanje, i baterija se moze ovako ostaviti skoro neograniceno dugo.

Postujuci savete i preporuke proizvodjaca, pre nekoliko godina sam, za potrebe firme u kojoj sam tada radio, razvio jedan sasvim dobar tzv. "Inteligentni" punjac SLA baterija koji evo i vama stavljam na raspolaganje. On upravo savrseno prati malocas opisani tok i proces punjenja jer koristi kolo namenski napravljeno za tu funkciju.



Automobilski olovni akumulatori

Automobilski akumulatori su verovatno vecini amatera dobro poznati pa je dosta tesko reci nesto novo o njima. Veoma su slicni SLA baterijama izuzev sto su najcesce dosta vecih dimenzija (i tezine) ali i veceg kapaciteta, imaju elektrolit u tecnom stanju pa se ne mogu postaviti u bas bilo koji polozaj.

Iako su tako siroko rasprostranjeni, izgleda da jos uvek ima zabluda pa i izvesnog neznanja u vezi njih. Automobilski akumulatori su predvidjeni da KRATKOTRAJNO podnesu velika opterecenja i daju velike struje za startovanje motora, ali NISU predvidjeni za duboka praznjenja. Oni se u vozilu ciklicno plitko prazne i odmah u toku voznje dopunjavanju i tako mogu da dosta dugo traju i izdrze nekoliko stotina ciklusa. Ali ako ih ucestalo duboko praznimo, velike su sanse da ne potraju duze od 50-70 ciklusa. Za duboka praznjenja postoji malo drukciji tip, takozvana "Deep Discharging Battery" koja se kod nas vrlo retko srece pa se necu mnogo na nju obazirati.

Idealno bi automobilski akumulator trebalo u pocetku puniti konstantnom strujom ne vecom od C/5 (to je faza "grubog" punjenja) i to sve dok napon baterije ne dodje na 14,4V. Do tada je baterija napunjena oko 80%. Tada bi punjac trebalo da se iz rezima konstantne struje prebaci u rezim konstantnog napona i drzi fiksni napon od 14,4V (faza "apsorpcije") sve dok struja ne opadne na oko 5% od nazivnog kapaciteta baterije (do tada je napunjena oko 90-95%), a tada se prebacuje na odrzavanje fiksnog izlaznog napona od 13,2V za dopunjavanje i tako treba da ostane jos 2-4 sata da bi se napunila 100%.



LiIon - Litijum Jonske baterije

Ovaj tip baterija je relativno novijeg datuma i jos uvek ni izbliza nije postigao masovnost NiCd ili NiMH tipova. Ja nisam imao mnogo prilike da se sa njima u praksi bolje upoznam i iznecu samo nekoliko osnovnih cinjenica koje znam.

Mogu biti prilicno opasne kod nepazljivog rukovanja i to se odnosi na prejako ili preduboko praznjenje ali i na prepunjavanje. Izgleda da mogu biti i toksicne u slucaju nekih ostecenja pa to imajte na umu.

Treba ih puniti konstantnom strujom koja je izmedju C/5 i C/3 i to zavisi od proizvodjaca. Takvo punjenje traje sve dok napon po celiji ne dostigne oko 4,2V a onda odrzavati taj napon stalnim sve dok struja ne padne na 10% od vrednosti koju je imala u prvoj fazi za vreme punjenja konstantnom strujom. Tada je baterija puna. Li-Ion baterije NE PODNOSE DOPUNJAVANJE tj. "trickle charging" i inace su vrlo osetljive na prepunjavanje. Nikada se ne sme dozvoliti da napon po celiji bude veci od 4,3V niti da celija bude izlozena temperaturi vecoj od 100�C. Takodje struja punjenja nebi smela nikada biti veca od 0,7C. Sve ove karakteristike dosta variraju od proizvodjaca do proizvodjaca i treba se uvek drzati njihovih uputstava.


--------------------------------------------------------------------------------

Nadam se da ce ovaj tekst bar delimicno uspeti da odgovori na neka od pitanja vezanih za oblast baterija i akumulatora i pruziti dovoljno informacija za njihovo razumevanje u svakodnevnoj amaterskoj praksi.


--------------------------------------------------------------------------------