Teorie akumulátorů pro nářadí - Dělení a základní charakteristika | Toolscomp.cz

Teorie akumulátorů pro nářadí

Popularita akumulátorových spotřebičů trvale stoupá. Je nasnadě, že být při práci omezeni dostupností napájecí zásuvky, délkou přívodního či prodlužovacího kabelu, jeho hmotností a „zranitelností“ je mnoha řemeslníkům i kutilům nepříjemné. Akumulátory se prosazují do stále většího počtu nejen nářadí, ale i domácích spotřebičů. Jak se vyznat v typech, kapacitách a vhodnosti použití vám poradí následující článek. Problematika je rozsáhlá, pokusíme se průřezem nastínit nejdůležitější rozdíly a z toho vyplývající použití a správnou péči o akumulátory.

Dělení a základní charakteristika:

Nikl-kadmiové akumulátory (NiCd) - elektrody těchto akumulátorů jsou z niklu a kadmiového pojiva. Napětí jednoho článku je 1,2 V (dle ČSN EN norem). Spojováním článků do serie dostáváme nejobvyklejší napětí 2,4 / 3,6 / 7,2 / 9,6 / 12 / 14,4 a 18 V. Akumulátory disponují vysokým výkonem a vydrží velký počet nabíjecích a vybíjecích cyklů. U NiCd akumulátorů dochází k jevu tzv. samovybíjení, tedy ztráty elektrického náboje při nepoužívání akumulátoru. V tomto případě je to cca 1 % náboje denně při pokojové teplotě. NiCd baterie mají delší životnost, zato nižší dobu použití na jedno nabití oproti NiMH. Vydrží až 1000 nabíjecích cyklů. Jsou těžší a zároveň odolné nízkým teplotám a tvrdšímu zacházení.

Nikl-metalhydridové akumulátory (NiMH) - mají elektrody tvořeny niklem a slitinou kovů, ve které je uložen vodík. Napětí jednoho článku je 1,2 V (dle ČSN EN) a spojováním článků do „baterie“ dostáváme shodná napětí, jako u článků NiCd. Akumulátory NiMH mají příznivější poměr výkon / hmotnost než akumulátory NiCd. Z hlediska samovybíjení ztrácíme cca 3 - 4 % náboje denně. NiMH baterie nabízí vysokou kapacitu (mají více než dvakrát vyšší kapacitu oproti NiCd), možnost rychlého nabíjení a velkou spolehlivost. Obvykle vydrží cca 500 - 700 nabíjecích cyklů.

Lithium-iontové akumulátory (Li-Ion) - tyto akumulátory jsou v současnosti relativně stále ještě novinkou v oboru akunářadí. Nicméně se velmi rychle rozšiřují. Vývoj nabíjecích lithiových článků zahájily v šedesátých letech Bellovy laboratoře, ale dlouho byl neúspěšný vzhledem k jejich choulostivosti při nabíjení, při kterém snadno explodovaly. Obrat nastal až když chemicky nestabilní kovové lithium bylo nahrazeno kysličníkem lithia a kobaltu (LiCoO2). Např. hromadná výroba úspěšných videokamer SONY byla zahájena teprve před 15 lety. Elektrody jsou tvořeny z uhlíku (anoda) a oxidu kovu (katoda). Elektrolyt tvoří lithiová sůl v organickém rozpouštědle.

Pro chemiky je základní reakce v akumulátoru popsána následovně:

Každá baterie obsahuje řídící elektroniku v podobě čipu, který hlídá její stav a kontroluje průběh nabíjení. Konstrukce staví tyto akumulátory mezi výkonné a lehké zdroje napětí. Zásadní je, že u Li-Ion článků nedochází k samovybíjení v průběhu času, lze je kdykoliv použít. Napětí jednoho článku je podle evropských norem 3,6 V a jejich spojováním pak dostaneme obvyklá další napětí zdrojů 7,2 / 14,4 a 18V. Někdy se setkáme s napětím 3,7 V, což je značení dle amerických norem ANSI. Článek je však shodný.

Paměťový efekt* je u Li-Ion článků eliminován, takže nabíjení částečně vybitého akumulátoru nezpůsobuje ztrátu kapacity. Nezanedbatelná je i nízká hmotnost a malý rozměr článků. Akumulátor není třeba před použitím formovat (nesprávně se používá „formátovat“), tedy několikrát nabíjet a vybíjet. Životnost je obvykle 1000 - 2000 cyklů.

* Paměťovým efektem rozumíme jev, který postihuje NiCd a NiMH akumulátory a popisuje se jako snižování kapacity akumulátoru vlivem opakovaného nabíjení akumulátoru, který nebyl předtím zcela vybit a pamatuje si svoji poslední zbytkovou kapacitu. Fakticky se však jedná především o důsledek přebíjení akumulátorů a jejich přetěžování a tím způsobený pokles kapacity. V běžném a řádném provozu a péči o akumulátor se tento jev prakticky nevyskytuje, k čemuž přispívají i stále se rozvíjející technologie výroby těchto článků.

Obecně o nabíjení

Způsob a doba nabíjení akumulátorů závisí na typu akumulátoru, jeho jmenovité kapacitě, použité nabíječce a nabíjecím proudu, a také na stáří akumulátoru a provozu, jakému je běžně vystaven. Obecně platí, že jak přebíjení, tak úplné vybíjení baterií a také provoz při vysokých teplotách mají za následek snižování výkonu a životnosti. Přitom životností rozumíme počet cyklů, po které lze baterie nabíjet.

Akumulátory lze nabíjet rychle či pomalu (standardně).

Při rychlém nabíjení se dodává vyšší nabíjecí proud, který umožňuje nabíjet např. baterie NiMH v relativně krátkém čase, pohybujícím se od 5 hodin do 30 minut! Přitom standardní nabíjení NiMH normálně trvá kolem 12 hodin.

Nicméně, doba za kterou je baterie plně nabita je závislá na nabíjecím proudu dané nabíječky a kapacitě baterií. Oba způsoby mají své klady i zápory.

Rychlé nabíječky jsou svojí konstrukcí složitější a dražší. Vzhledem k vysokému nabíjecímu proudu musí obsahovat mechanismy zabraňující přebití akumulátorů. Jedná se např. o bezpečnostní časovač a tepelnou ochranu. Standardní nabíječky jsou konstrukčně jednodušší, čas nabíjení se pohybuje kolem 12 hodin.

Čas nabíjení lze orientačně vypočítat. Hlavními proměnnými jsou nabíjecí proud (A) a kapacita akumulátoru (Ah).

Doba nabíjení „t“ se pak vypočte jako

Nabíjecí čas se navyšuje o 20% (indexem 1,2) z důvodu ztrát při nabíjení.

Jev zahřívání akumulátorů při nabíjení je běžný, není to závada. Akubloky** s Li-Ion články jsou mimořádně choulostivé na správné nabíjení i vybíjení, které musí být řízeno elektronickou ochranou. Ochranný obvod s termistorem měřícím teplotu článků hlídá minimální a maximální napětí při nabíjení i vybíjení. Je-li překročen maximální proud či teplota (hranice 45°C), články odpojí. Čip k tomu odebírá z článků trvale proud v řádu jednotek až desítek mikroampér. Pokročilé systémy elektronické ochrany (např. ECP u akumulátorových bloků od Bosche výrazně prodlužují životnost aku-bloků, a použité rychlonabíječky dokáží zkrátit dobu nabíjení na 80 % jen na 30 minut!

Nesprávnému připojení bloku (obrácení pólů, použití bloku s jiným napětím) zabraňuje tvar bloku a profil krčku se skrytými kontakty, v němž se ale dominující výrobci odlišují. K nářadí dané značky proto musíme pořizovat výhradně jen v návodu předepsané články a nabíječky.

**Akublok - několik do série zapojených článků.

V připravovaném článku o zásadách použití akumulátorů vám mimo jiné také poradíme s vyběrem vhodného aku nářadí a nastíníme možnosti, jak si poradit s vysloužilým akumulátorem.

Autor: Zdeněk Slavík
Zpracoval: David Gross
Zveřejněno: 5. 2. 2010