Az RC LiPo akkumulátorokról

 

Talán a beérkezett email tömeg miatt kellene az RC LiPo akkukról beszélnem. Itt az ideje, hogy készítsek egy oldalt, amely segít megválaszolni a leggyakrabban feltett kérdéseket, és talán eloszlat majd néhány hiedelmet is.

Mindenek előtt köszönetet szeretnék mondani az eredeti cikk szerzőjének, John Salt-nak, a www.rchelicopterfun.com weboldal tulajdonosának a kitűnő összefoglaló írásért. A fordításért köszönet Sipos Józsefnek, az "RC nyelvi lektorálást" Szabó Péter (pgpetike) végezte. [Fisrt of all, I would like to say thank you to John Salt, the author of this outstanding synthetical article, the owner of the www.rchelicopterfun.com website. For the translation thanks to József Sipos, "RC proof reading" has been done by Péter Szabó (pgpetike).]

Ez egy jó nagy témakör, amely hosszú cikket igényel. Emiatt halasztottam eddig a megírását. Nem fogok mélyen belemenni az akkumulátorok fizikai-kémiai megvalósításába. Ha ez a téma érdekel, akkor látogasd meg a következő weboldalt: www.batteryuniversity.com Ez az egyik legjobb oldal, amely az akkumulátorok elméletével foglalkozik. Az én kis LiPo akku írásom a leggyakrabban feltett kérdéseket taglalja.

Folyamatos kérdéseket kapok az akkumulátor töltőkkel kapcsolatban is. Ha szeretnél többet megtudni arról, hogy mitől jó egy töltő, akkor olvasd el az akkumulátortöltőkkel foglalkozó írásom.

Mik a LiPo akkuk, és miért olyan népszerűek az RC világában?

A LiPo akku (teljes nevén Lítium Polimer) olyan újratölthető akkumulátor, amely egy pillanat alatt elözönlötte az RC világát, különösen a repülőmodelleket és a helikoptereket. Ez a legfőbb ok, amiért az elektromos repülés életképes az üzemanyaggal szemben. A három legfontosabb dolog, ami az RC LiPo akkukat a legjobb választássá teszi az RC repülőkhöz, - talán még jobban az RC helikopterekhez - a hétköznapi újratölthető akkukkal szemben (NiCd, NiMH), a következők:

• Az RC LiPo akkuk könnyűek és szinte bárrmilyen mértre és alakra formálhatók
• Az RC LiPo akkuk nagy kapacitással rendelkeznek, amely azt jelenti, hogy sok energia tárolható kis helyen
• Az RC LiPo akkuknak magas kisütési áramuk van. Ez a legfontosabb dolog, amit egy elektromos motor megkíván.

Röviden, a LiPo akkunak magas a tárolt energia–súly arányuk, valamint különféle méretben és alakban léteznek.

Ezek az előnyök fontosak minden RC modellnél, de a repülők és helikopterek esetében ez az alapvető ok, amiért az elektromos repülés ilyen népszerűvé vált. Tény az, hogy elektromos autók, csónakok már évtizedek óta léteztek, még mielőtt a LiPo akkumulátor technilógia megjelent. Viszont az elektromos repülők és helikopterek ekkor kezdtek el megjelenni, sőt most már a nitrós motor meghajtást is lekörözi teljesítményben.

Van pár hátulütője az RC LiPo akkuknak is … tökéletes megoldás nem létezik.

• Az RC LiPo akkuk még mindig drágábbak mint a NiCd, NiMH akkuk, de folyamatosan csökken az áruk
• Biztonsági kérdések – ugyanis a LiPo-ban használt illékony eletrolit lángra kaphat vagy felrobbanhat
• Az RC LiPo akkuk a többi akku technológiához képest különleges, egyedi bánásmódot igényelnek a teljes életciklusukon át. A töltésük, kisütésük és tárolásuk mind szerepet játszik az élettartamukban. Csak egyszer kell egy kicsit hibáznod és már mehet is a kukába az akkud.

Mielőtt az RC LiPo akkuk gondozásáról és mérőszámairól kezdenék el beszélni, úgy gondolom, hogy először tekintsük át az alapokat. Ha erre nem vagy kíváncsi és nem érdekel a lítium akku felépítése csak az, hogy mit kell tenni velük és mire figyelj a vásárláskor, akkor nyugodtan ugorj a következő fejezetre.

Különbségek a Lítium ion (Li-Ion) és a Lítium polimer (LiPo) akkuk között…

Ma az RC világában a legtöbb akkupakk LiPo típusú, de úgy gondolom, megér egy pár sort a Li-Ion is, mivel komolyabb rádióknál összefuthatsz vele. A Li-Ion és a LiPo akkuk alapvetően ugyanarra a kémiai alapra épülnek, és ugyanúgy kell bánni velük. A különbség a cellák csomagolásában és az elektrolit típusában van.

Li-Ion

A Li-Ion akkumulátorok folyékony szerves anyagot használnak eletrolitként. Az elektrolit felelős az ioncseréért az elektródák között (anód és katód) ugyanúgy, mint bármelyik akkumulátornál. Ez a szerves anyagú elektrolit meglehetősen gyúlékony és ez az, amiért a Li-Ion akkuk veszélyesebbek, és könnyebben lángra kaphatnak vagy felrobbanhatnak mint a hagyományosak. A Li-Ion akkukat általában kemény fémdobozba (úgy, mint az általános akkumulátorokat) csomagolják, amely súlynövekedést, valamint alak- és méretbeni megszorításokat von maga után.

LiPo

Egy igazi LiPo akku folyékony elektrolit helyett száraz elektrolit-polimert használ, amely egy vékony műanyag filmre hasonlít. Ez a film szendvicsként (valójában laminálva) kerül az akkumulátor anódja és a katódja közé, így teszi léhetővé az iocserét. Innen kapták a nevüket: Lítium-polimer. Ez az eljárás miatt a nagyon vékony cellák különféle alakra és méretre formálhatóak.

A probléma az ilyen LiPo cella kialakítással az, hogy az ioncsere a száraz polimer miatt lassú, ezért nagymértékben lecsökken a töltés és a kisütés sebessége. Ez némileg orvosolható a cella melegítésével, amely gyorsítja polimeren keresztüli ioncserét az anód és a katód között, de legtöbbször a melegítés nem megvalósítható.

Ha képesek lennének megoldani ezt a problémát, akkor a LiPo akkuk biztonsági kockázata nagymértékben lecsökkenne. Mivel az elektromos autók részéről igen nagy a nyomás ez irányban, ezért nincs kétség, hogy nagy fejlesztések mennek majd végbe az ultra könnyű száraz LiPo akkuk területén az elkövetkező néhány évben. Elméletileg ez a típusú akku lehetne olyannyira rugalmas, mint egy szövet. Gondolj csak bele, mennyi lehetőséget rejt ez magában!

LiPo hibridek

Jelenleg (2009 májusa) a piacon lévő összes LiPo akku lítium polimer hibrid. A pontos megnevezése ezeknek az akkuknak lítium-ion polimer, de a világon mindenki egyszerűen csak lítium polimernek hívja, annak ellenére, hogy ezek nem valódi száraz LiPo akkumulátorok.

A gélesített elektrolit polimerbe ágyazásával az ioncsere sebessége nagymértékben nőtt. Mivel az elektrolit gél állagú, így a szivárgás esélye lecsökkent, de ettől még az gyúlékony maradt. A LiPo hibridek már nem annyira veszélyesek, mint a Li-Ion akkuk, de képesek kigyulladni vagy felrobbanni túltöltéskor, rövidzár esetén, vagy ha kilyukadnak.

Amikor megjelentek, a LiPo akkuk még drágábbak voltak, mint a Li-ion-ok, azért mert bonyolultabb volt az előállításuk. Szerencsére az árak azóta lényesegesen csökkentek, és legalább annyira-, vagy még inkább népszerűbb lett a LiPo mint a Li-Ion technilógia. Ez kifejezetten igaz az elektromos RC repülőkre, de a valós érdek a LiPo akku kutatás-fejlesztés mögött a hordozható kommunikációs- és szórakoztató ezközök voltak.

A LiPo hibridek ugyanazt a lapos cella elrendezést használják, mint a száraz társaik. Ez azt jelenti, hogy ugyanolyan könnyen alakíthatók különleges méretre és alakra, ezáltal váltak tökéletessé az RC modelljeinkben való használatra.

Majdnem minden RC LiPo akku cella fólia tasakban kerül csomagolásra, ezért is hívják ezeket tasak-celláknak. A jobbra található képen egy tipikus, kétcellás LiPo RC akkupakkot láthatsz.

A tasak cellák tökéletesen alkalmasak multi cellás akkumulátorok építésére, mivel a lapos tasak cella egymás mellé illeszthető különösebb hely veszteség nélkül, ellentétben a hengeres kialakítású akkupakkokkal. Természetesen, mivel a LiPo könnyű tasakot használ fém borítás helyett, így a LiPo válik a legjobb választássá a Li-Ion-on túl az RC repülőknél, ahol a súly megfontolandó.

Ha majd felnyitsz egy LiPo fóliatasakos cellát, akkor ezt fogod találni benne. Egy jó hosszú műanyag film (a polimer), vékony szén bevonatú anód és katóddal válakozó mintázatban a polimer film elő- és hátoldalán. 

Ez a hosszú film (több mint 2 méteres egy 5000 mAh-s cella esetén), amely harmónikára van hajtogatva. A teljes cella egy lezárt fóliatasakban kerül elhelyezésre a zsír állagú gél/folyadék elektrolittal, amelynek egyébként nagyon édes oldószer illata van (mint a körömlakk lemósónak/acetonnak). Nem csoda, hogy gyúlékony!

Ha azon gondolkodsz épp, hogy mi égette ki a képen látható fólia minden egyes hajtogatott lapjának a közepét, akkor elmondom, hogy direkt szúrtam az akkumulátoron keresztül egy tűt, azért hogy gyorsabban lemerítsem azt, és hogy lássak egy kis tüzijátékot. A cella igen gyorsan felpúposodott, majd kilyukadt és lefújt, kiengedve magából a gyúlékony elektrolitot, de végül nem gyulladt ki. Szerencsére, mert ha lángra kapott volna, akkor valószínűleg nem készítem el ezt a fotót. Egyébként, csak azért tettem ezt az akkuval, mert véletlenül leejtettem a betonra ezt a 6S 5000 mAh-s LiPo-t (igen, buta voltam, költséges kétbalkezes mozdulat volt) és egy cella megsérült. Tanultam belőle! Ne próbálj meg több LiPo akkut vinni, mint amennyivel biztonságosan elbírsz!

Még egy érdekes jellegzetesség a hibrid LiPo akku és a száraz párjával kapcsolatban. Mind a kettőnél az ioncsere hatásfoka megnövekszik, amikor felmelegszenek. Ha valaha tapasztaltad azt az RC modellednél, hogy kb. egy perccel a felszállás után egyszer csak több erő van a gépben, akkor most már tudod, hogy ezt az akkumulátor felmelegedése miatti megnövekedett iocsere okozza.

Ennek ismeretében el kellene gondolkodnod azon, hogy télen mielőtt repülsz az elektromos RC helikoptereddel vagy repülőddel, az akkujaidat felszállás előtt érdemes lenne meleg helyen tartanod.

Az RC LiPo akkumulátorok osztályozása

Most, hogy már halálra untattalak az RC LiPo akku alapismeretekkel, itt az ideje, hogy rátérjünk a lényegre. Először is az osztályozás a feszültség és a kapacitás alapján. Ez a két fő mérőszám, amire a vásárlásnál szükséged lesz. Van még egy harmadik is, amivel szintén jó ha tisztába vagy, erre is rövidesen sort kerítek.

FESZÜLTSÉG

A hagyományos NiCd vagy NiMH akkumulátoroktól eltérően (amelyek 1,2 volt per cella feszültséggel üzemelnek), a LiPo akkuk cellafeszültsége 3,7 volt. Ez azért hasznos, mert így kevesebb cellával lehet ugyanazt az akkupakkot felépíteni, amely kisebb méretű RC helikoptereknél, mint például a Blade mCX, mSR, a 120 SR (vagy például a Merlin Tracer 80 - a fordító), egyetlen 3,7 voltos cella elegendő a modell energiaellátásához.

A legkisebb RC modellek kivételével már legalább kettő vagy több cella soros összekapcsolásával állítják elő a magasabb feszültséget. A nagyobb modelleknél a cellaszám már akár 6 is lehet, sőt a HV („magas feszültségű”) gépek még ezt is meghaladják.

• 3,7 volt = 1 cella x 3,7 volt (1S)
• 7,4 volt = 2 cella x 3,7 volt (2S)
• 11,1 volt = 3 cella x 3,7 volt (3S)
• 14,8 volt = 4 cella x 3,7 volt (4S)
• 18,5 volt = 5 cella x 3,7 volt (5S)
• 22,2 volt = 6 cella x 3,7 volt (6S)
• 29,6 volt = 8 cella x 3,7 volt (8S)
• 37,0 volt = 10 cella x 3,7 volt (10S)
• 44,4 volt = 12 cella x 3,7 volt (12S)

Azt meg kell jegyeznem, hogy léteznek olyan akkupakkok is, amelyek párhuzamosan vannak kötve a kapacitásuk növelése érdekében. Ezt egy P-beűvel jelzik. Például a 3SP2 azt jelenti, hogy kettő darab háromcellás (sorosan kötött) akkupakk kapcsolódik párhuzamosan egymással.

Szóval, ezek voltak a feszültség értékek, amelyeket ismerned kell. Minden egyes RC modellnél, - vagy még pontosabban - miden egyes motor/fordulatszámszabályzó párosításnál adott lesz a feszültség, amely a megfelelő működéshez/fordulatszámhoz szükséges. Ezt többnyire követi egy szám, amely meghatározza az egy voltra eső fordulatszám változás mértékét. Ez majd magával hozza vagy a fogaskerék áttátelek átalakítását, vagy a motor kisebb vagy nagyobb Kv értékűre történő cseréjét. De ez most nem az a téma, amelyről bővebben beszélni szeretnék. Ha a modellnek háromcellás (3S) 11,1 voltos akkura van szüksége, akkor egyszerűen fogadjuk el, és használjunk olyat.

Mégis néhány szó a motorokról…Sokak számára, akik még újak az elektromos repülésben, zavaró lehet a "brushless" (szénkefe nélküli) motorok besorolása, a Kv érték megjelenése. Azon gondolkodnak, hogy a Kv vajon a Kilovolttal egyenlő (1kV = 1000 volt)? Nos, nem erről van szó. A brushless motoroknál a Kv érték azt jelenti, hogy mennyi fordulatszám változás esik egy voltra. Lássunk egy példát: van egy 1000Kv-s motor, amely 10 és 25 volt között üzemeltethető. Ez azt jelenti, hogy 10 volton 10000 (tízezer) a motor fordulata percenként, míg 25 volton 25000 lesz.

Tovább nem szeretném bonyolítani a dolgot, mert van még bőven mit mondani az akkumulátorokról, de mégis úgy gondoltam, hogy meg kell említenem, mert jók sok „Kilo-volt” kérdést kapok.

KAPACITÁS

A kapacitás annak a mérőszáma, hogy az akkupakk mennyi energiát képes tárolni. Ezt milliamperórában (mAh) fejezik ki. Ez a legegyszerűbben kifejezett mérőszáma annak, hogy mennyi terhelést vagy fogyasztást (milliamperben mérve) tudunk rákötni egy órán át, amíg az teljesen lemerül.

Például, ha az RC LiPo akku 1000 mAh-s, akkor azt 1000 milliamperrel terhelve, egy óra múlva fog lemerülni. Ha ugyanezt az akkut csak 500 milliamperrel terheljük, akkor az két óráig bírja. Ha ezt a terhelést 15000 milliamperre (15 amper) növeljük, amely egy 400-as méretű RC helikopternél elég gyakori lebegés közben, akkor ez a terhelés az akkumulátorunkat kb 4 perc alatt lemerítené.

Mint azt láthatod egy olyan RC modell, ami ennyi áramot fogyaszt, annak előnyös lenne, ha nagyobb kapacitású akkuval (úgy mint pl. 2000 mAh) üzemelne. Ez a nagyobb akkupakk 15 amperes terhelés mellett már megduplázná az időt a lemerülésig kb 8 percre.

A legfontosabb dolog ezzel kapcsolatban az, hogy ha több repülési időt szerenél, akkor növeld meg az akkupakkod kapacitását. A feszültséggel ellentétben a kapacitás változtatható, hogy több vagy kevesebb repülési időt kapj. Természetesen a méret- és súly határok miatt biztonyos kapacitás értékek közé vagy szorítva. Ebből is látszik, hogy minél nagyobb a kapacitás, annál nagyobb súlyúak és méretűek lesznek az akkupakkok.

A KISÜTÉS SEBESSÉGE (DISCHARGE RATE)

Emlékszel arra a harmadik számra, amire oda kell figyelni RC Li-Po akkut vásárlásnál? Igen, a kisütés sebessége a szám! Ez talán a legeltúlzottabb és legjobban félreértett dolog az akkumulátor adatai közül.

A kisütés sebessége egyszerűen azt adja meg, hogy milyen gyorsan lehet az akkut biztonságosan lemeríteni. Emlékszel arra, amikor arról az ioncsere dolgoról beszéltem fentebb? Nos, a kissütés sebességét az határozza meg, hogy milyen gyorsan képesek az ionok az anódtól a katód felé mozogni. Ezt az RC világában a „C” értékkel adják meg.

Ez mit jelent? Lássuk csak, a kapacitás (Capacity) „C”-vel kezdődik, ami megfelelő indoknak tűnik. Egy 10C-s értékkel ellátott akku azt jelenti, hogy azt a kapacitásának a tízszeresével tudod meríteni. A 15C-s akkupakkot 15-ször gyorsabban, a 20C-s pakkot 20-szor gyorsabban, és így tovább.

Nézzünk például egy 1000 mAh-s akkumulátort. Ha ez 10C-s, akkor ez azt jelenti, hogy folyamatosan maximum 10000 milliamper, vagyis 10 amper terhelést képes leadni (10 x 1000 milliamper = 10000 milliamper vagyis 10 amper). Ha az idő felől közelítjük meg a dolgot, akkor ez 166 mAh-s merítést jelent percenként. Ebben az iramban az 1000 mAh-s akkupakkunk kb 6 perc alatt lemerülne.

Ezt úgy számoltuk ki, hogy először meghatároztuk a mAh per perc hányadosát az akkunak. 1000 mAh-t osztjuk 60 perccel, ez egyenlő 16,6 mAh per perc. Ezután az értéket megszorozzuk az akku „C” értékével (ezesetben 10-zel), így 166 mAh-t kapunk, majd az akku kapacitását (1000 mAh) elosztjuk a kapott értékkel. Az eredmény 6,02 perc lesz.

Mit szólnál egy 20C-s 2000 mAh-s akkumulátorhoz? 20 x 2000 = 40000 milliamper vagy 40 amper. Időben kifejezve, 40 amperes merítéssel ez az akku kb 3 percet bírna. (2000/60=33,3 szorozva 20C = 666 mAh percenként. Most a akkud kapacitását (ami 2000 mAh) elosztjuk a kapott értékkel, ez 3 percre adódik. Láthatod, hogy ebből egy nagyon rövid repülés kerekene ki, ha folyamatosan a maximális teljesítményt vennénk ki az akkuból a repülés teljes időtartama alatt, ami lássuk be elég valószínűtlen.

Az RC LiPo akkuk többségénél csak a folyamatos terhelés melletti „C” érték van feltüntetve, néhánynál a csúcsterhelés is látható. A csúcsterhelés azt az akku merítési értéket adja meg, amely rövid ideig fennállhat. Például: 20C folyamatos / 40C rövid idejű terhelés.

A magasabb C érték általában magasabb árral is együtt jár. Itt tudsz némi pénzt spórolni. Nem kötelező magas kisütési értékű akkupakkot vásárolni, amikor tudod, hogy soha nem fogod kihasználni, de végülis a nagyobb érték gondot nem okoz. Visztont az nagyon fontos, hogy túl alacsonyra se menj le a C értékkel, mert ez az akkumulátorod és az ESC-d (fordulatszámszbályzó – eletronic speed controller) sérüléséhez vezethet!

Mégis hogyan válszd ki a neked megfelelő C értékű RC LiPo akkut? Erre nagyon egyszerű a válasz: vedd meg a legnagyobbat, amire futja a pénzed… Amikor a pénz nem számít, akkor ezzel teljesen egyet is értek. Ennek ellnére legtöbben közöttük - a kezdők és haladók- nem fognak 3D manővereket repülni, így itt kisebb C értékü akkupakk vásárlásával lehet egy kicsit csökkenteni az RC akku költségvetésen. A kisebb C értékű akkukból egy párral többet tudsz venni, szerintem ez az ésszerű választás.

A 20-25C értékű akkukat használnak alapvetően a legtöbb 250-400-as méretű helikoptereknél, még ha egy kicsit sportosabb repülést is belekalkulálok. A nagyobb gépekhez a 25-30C-s akkupakkok jelentik a biztonságot (ismételten normál és kicsit sportos repüléshez). Amikor készen állsz az aggresszív 3D-re, akkor jöhetnek a 35-45C-s akkuk!

Mindezt azért mondtam, mert az RC LiPo akkuk ára folyamatosan csökken. Ha találsz egy 30C-s akkut ugyanazon az áron mint a 20-as, még ha elég is lenne a kisebb, vedd meg a nagyobbat! Nem fog annyira felmelegedni és valószínű egy kicsit tovább is bírja. Mint minden mást, ha a LiPo akkut a teljeítőképessége végső határáig feszíted, akkor az hamarabb el fog öregedni.

Egy érdekes dolog, amit meg kellene említenem a HV („magas feszültségű” – high voltage), általában 8S fölötti cellaszámot használó egyre gyakrabban előforduló elektromos RC gépekkel kapcsolatban az, hogy a magasabb feszültség kisebb áramfogyasztással jár együtt. Természetesen ez már egy másik témakör, de mégis a legtöbb HV megvalósításnál eltekinthetünk a magas C értékű akkupakkoktól, mert kevesebb áramot fogyasztanak a hasonló méretű, alacsonyabb feszültségű modellekhez képest. De úgy is nézhetjük a dolgot, hogy akinek HV modellje van, az még jobban ki szeretné használni a gépe képességeit, így mégiscsak magas kisütési értékű akkukat válszt. Igazán arra akartam rámutatni itt, hogy a magasabb feszültség előnyös (kisebb áram = kevesebb hő keletkezik).

Végül azt fűzném még hozzá, hogy használat után nézzétek meg kézzel vagy mérjétek meg az akkuk hőmérsékletét. Kicsit félénken jegyzem meg: attól, hogy valamire 20C van írva, az még nem jelenti azt, hogy valóban annyi is. Reálisan nézve, a C érték igazán semmitmondó, mert csak ritkán mérhető. Erre jön még rá az, hogy az idő elteltével az akkuk belső ellenállása meg fog növekedni. Mellesleg a repülési tudásod is növekszik, így megnő az esély arra, hogy nagyobb áramot fogsz kivenni az akkuból, ami a fokozott melegedését okozza.

Általános szabály az, hogy ha használat után nem tudod szorosan a kezedben tartani a LiPo akkudat, akkor az túl meleg. Ez azt jelenti, hogy az akku melegebb mint 60°C (125F). Véleményem szerint az 50 °C (125F) még biztonságosnak tekinthető. Tehát ha az akkujaid ettől jobban felmelegszenek, akkor itt az ideje váltani egy magasabb kisütési tényezőjű akkupakkra.

Ha az akkujaidat egy meleg, napsütéses nyári napon az autódban hagyod, akkor azok fel tudnak melegedni 50°C-ra vagy afölé. Nincs különbség, hogy külső vagy belső hatásra melegszik fel az akkud, mindkettő lerövidíti az élettartamát…

A TÚLMERÍTÉS AZ ELSŐ SZÁMÚ LIPO GYILKOS!!!

A másik dolog, ami fel tudja melegíteni az akkupakkot, ha terhelés alatt a feszültség cellánkéti 3,0 volt alá esik. Még ha 40C-s akkud is van, és csak a felével terheled, ha a cellánkéti 3,0 volt alá esik a feszültsége, akkor az nagyon fel fog melegedni és jelentősen lecsökkenn az élettartama.

Legjobb ha a „80%-os” szabályt követed. Ez egyszerűen csak azt jelenti, hogy a LiPo akkud soha sem sütöd ki a kapacitásának a 80%-ánál jobban. Például, ha van egy 2000 mAh-s LiPo akkupakkod, akkor soha sem veszel ki több mint 1600 mAh kapacitást az akkudból (80% x 2000). Feltételezve, hogy az akkud új állagú, amely még valóban 2000 mAh-t tud (ahogy öregszik az akku veszít a kapacitásából).

Most hálálják meg a jó mikroprocesszor vezérelt töltők az árukat (lásd a "Hogyan válaszd ki a számodra legmegfelelőbb akkutöltőt" cikket - a fordító), mert láthatod azt, hogy mennyi energiát vesz az akku fel, így be tudod határolni a repülési időt, hogy a 80%-os határon belül maradhass. Így hozhatod ki a leghosszabb életciklust az akkudból.

Ha nincs mikroprocesszor vezérelt töltőd, akkor kapacitás méréséhez jó támpontot ad, ha repülés után az akkud terhelés nélküli össz- vagy cellánkénti feszültségét egy digitális multiméterrel vagy hasonló eszközzel megméred. Egy cella 80%-os töltöttségi állapotában a feszültség körül-belül 3,75 volt. Egy 3S1P akkupakk esetén ez az érték 11,25 volt, 6S akkunál pedig 22,5 volt.

Én is gyakran bűnözök, nem tartom be a 80%-os szabályt (3,75 volt cellánként), hanem elmegyek egészen 90%-ig (3,7 volt cellánként) is repülés közben. Tapasztalatom szerint ez a legtöbb jó minőségű akkupakknál nem jelent gondot, ha nem durva 3D-t repültél.

BELSŐ ELLENÁLLÁS

Már megint egy újabb osztályozás??? Igen, az első három ipari szabvány, és ahogy az utolsónál (C- kisütési tényező) említettem: a gyártók arra használják, hogy versenyezzenek a piacon, hogy megindolkolják a magasabb árat egy számmal, amit valójában nem lehet mérni. Azért ez az érték csak egy jó kiindulópont, amikor akkut választasz.

A belső ellenállás, mint megmentő! Ez az érték ellenőrizhető és az egyik legjobb módja annak, hogy figyelemmel kísérd az akkumulátoraid állapotát. A legkitűnőbb nagy kapacitású és magas kissütési tényezőjű LiPo cellák új állapotukban 2-től 6 milliohm (0,002 – 0,006 ohm) belső ellenállással bírnak. Egy soros akkupakk ellenállásának kiszámításához csak össze kell adnod a cellánkéti értékeket. Tehát ha egy cella belső ellenállása 4 milliohm, akkor egy 4S akkupakké 16 milliohm lesz (0,016 ohm).

Korábban már említettem, hogy a belső ellenállás az akku öregedésével növekszik, ezért jobban is melegszik. Az alacsonyabb kisütési tényezőjű, kis kapacitású akkuk belső ellenállása általában magasabb. Nem rendkívüli eset, ha egy mikro méretű helikopter 100-200 mAh kapacitású új akkujainál a belső ellenállás mérésekor 200 milliohm környéki értéket kapsz.

Néhány öregebb, nagy kapacitású akkumulátoromnál a belső ellenállás 20-30 milliohm cellánként, de ezek is még teljesen jól működnek! Egy kicsit jobban melegszenek repülés közben, de ez érthető, a belső ellenállás növekedésének hatása. Ahogy mondtam, ez egy kiváló módszer a LiPo akkujaid kondíciójának megállapítására hónapok, évek elteltével is.

Hogyan mérj belső ellenállást? Ez az a pont, amikor egy jó mikroprocesszor vezérelt töltő képbe kerül. A jobbak tartalmazzák ezt a funkciót beleépítve a balanszer (kiegyenlítő) panelükbe, így képesek a teljes akkupakk és a cellák egyéni belső ellenállását (IR – Internal Resistance) is megadni. Fent láthatod, amint a töltőm kijelzőjén a a Turnigy 6S LiPo akkum cellánkénti belső ellenállás értékei kerülnek kijelzésre. Nehen kivehető a fotón, így inkább leírom az 1-6 cella értékekeit: 2,2,1,1,1,2 milliohm. Így a teljes akku belső ellenállása 9 milliohm – eléggé tiszteletreméltó!

A belső ellenállás egyébként egy bonyolult és komplex témakör. Kezdve azzal, hogy hogyan számoljunk feszültség esést pontosan az akkupakkban és mennyi lesz wattban mért összteljesítmény a melegedést figyelembe véve.

Nem fogok ezekbe a számításokba mélyebben belemenni azon egyszerű oknál fogva, mert nem vagyok eléggé képzett ahhoz, hogy elmagyarázzam ezeket. Ha szám mágus vagy, esetleg bele szeretnéd magad ásni ezekbe a LiPo számításokba, akkor ajánlom az FMA LiPo kézikönyvét. Jó dolgok vannak ott!

LiPo akkumulátorok töltése

Az RC LiPo akkuk töltése egy külön misét ér. LiPo és a Li-Ion akkuknak természetesen teljesen eltér a töltési karakterisztikájuk a hagyományos RC újratölthető társaiktól. Ígyhát a megfelelő töltésük is csak egy LiPo akku töltésére kialakított töltővel lehetséges, és ez egyben kritikus is az akkuk élettartama és a biztonság miatt.

Maximális töltő feszültség és áram

Egy 3,7 voltos RC LiPo akkumulátornál a 100%-os töltöttséget a 4,2 volt feszültség elérése jelenti. Ezen érték fölötti töltés roncsolja az akku celláját és valószínűleg az akku kigyulladását is eredményezi. Ezt nagyon fontos megértened mielőtt az RC LiPo akku cellák feszültség kiegyenlítéséről kezdenék el beszélni, szóval tartsd ezt észben!

Kritikus, hogy LiPo akkuhoz kialakított töltőt használj és kiválaszd a megfelelő feszültséget vagy cellaszámot amikor RC LiPo akkut töltessz (mikroprocesszor vezérelt töltőnél). Ha egy 2 cellás (2S) akkupakkod van, akkor 7,4 voltot kell kiválasztanod vagy 2 cellát a töltődön. Ha 11,1 voltot választasz (3S pakk) véletlenül a 2S pakkod töltéséhez, akkor tönkre is tetted azt, és valószínűleg a töltés folyamán kigyullad.

A legtöbb jó RC LiPo akkumulátortöltő állandó áram / állandó feszültség (cc/cv: cc – constant current, cv – constant volt) módszert alkalmaz. Mindez azt jelenti, hogy a töltés első fázisában állandó árammal tölti az akkut. Ahogy az akku közelít a 100% feszültséghez, a töltő automatikusan elkezdi csökkenteni a töltőáramot, majd állandó feszültség tartásra vált át. A töltő befejezi a töltést, amikor az akkupakk 100%-os töltöttségi feszültsége egyenlővé válik a töltő állandó feszültségű töltésnél beállított (cellánkénti 4,2 volt) értékkel. A töltési ciklus befejeződött. Ezen érték fölé menve, akár csak 4,21 voltra, az akku élettartamának csökkenését okozza.

RC LiPo akku töltőáram

A megfelelő töltőáram kiválasztása is kiritikus amikor akkumulátort töltünk. Az aranyszabály ilyenkor az, hogy „sohase tölts egy LiPo vagy Li-Ion akkut a kapacitásának egyszeresénél (1C) nagyobb értékkel”. Például egy 2000mAh-s akkupakkot maximum 2000 mA-rel vagy 2amperrel kellene tölteni. Sohase nagyobbal, vagy az akkud élettartama nagymértékben lecsökken. Ha az 1C-nél jóval magasabb értéket választasz, akkor az akkumulátor fel fog melegedni, felpuffad, kifúj vagy kigyullad.

Az idők változnak…

A legtöbb LiPo szakértő úgy gondolja, hogy a legalább 20C terhelést biztonságosan elviselő akkuk biztonságosan tölthetők 2C vagy még magasabb 3C értékkel. A gyorsabb töltés csak kismértékű élettartam csökkenést fog okozni amennyiben jó balanszer (kiegyenlítő) áramkörrel rendelkező, jó minőségű töltőt használsz. Egyre több akku jelenik meg 2C, 3C töltési értékkel, sőt némelyik még 5C-t is enged. A 10 perces töltés idejének eljövetele már nincs messze (feltételezve egy nagy teljesítményű töltőt és megfelelő feszültséget és áramot leadni képes áramforrás meglétét).

Összefoglalva, a három legfontosabb dolog, ami csökkenti egy LiPo akkumulátor élettartamát:

HŐMÉRSÉKLET, TÚLMERÍTÉS és NEM MEGFELELŐ CELLAFESZÜLTSÉG KIEGYENLÍTÉS (BALANCING) .

RC LiPo akkumulátor cellák közötti feszültség kiegyenlítés (balanszírozás)

Végül térjünk rá az RC LiPo akkuk balanszírozására. Mi a balanszírozás és miért olyan fontos ez?

Emlékezz arra, amikor arra kértelek, hogy tartsd észben azt, hogy egy 100%-osan feltöltött cella feszültsége 4,2 volt? Nos, most jött el ennek az értéknek az ideje. Egy cella (3,7 voltos LiPo akku) esetén nem kell foglalkoznod a feszültség kiegyenlítéssel, mivel a töltő automatikusan leállítja a töltést, amikor a cella a 4,2 voltot eléri.

A balanszírozás viszont minden többcellás akkupakk esetén szükséges, mert a töltő nem képes felismerni az egyes cellák túltöltését amennyiben a teljes akkupakk feszültsége még nem érte el a teljes töltöttséget.

Nézünk egy 11,1 voltos akkupakkot (3,7 volt cellánként x 3 = 11,1 volt). A LiPo akku 100%-os töltöttségű állapotában a feszültség 12,6 volt lesz (4,2 volt x 3 = 12,6 volt). A megbízható akkutöltőnket beállítjuk 11,1 voltos akku töltésére, így 12,6 voltnál fogja befejezni a töltést.

Tehát, mi történik akkor, ha a három cella egyike gyorsabban töltődik a másik kettőnél? Mondjuk két cella csak 4,1 voltnál tart, az egyik pedig gyorsabban töltődik, ez túlszalad 4,4 voltig amikorra a töltő leállítja a töltést 12,6 voltnál. Ez biztos sérülést, esetleg tüzet okozna annál a cellánál.

Ez egy extrém példa volt, és ilyen nagy eltérés a cellák feszültségében egy egészséges akkunál nem jellemző, de 0,1 (100mV) feszültségkülönbség is sérülést okozhat idővel.

Másrészről, ha az egyik cella töltés közben nem éri el a teljes töltöttség állapotát, akkor a kisütés folyamán túlmerülhet (3 volt alá) annak ellenére, hogy a háromcellás akku feszültsége 9 volt, vagy annál nagyobb.

A feszültség kiegyenlítés biztosítja azt, hogy az összes cella feszültsége maximum 0,01-0,03 volt eltérést mutat, így a túltöltés vagy túlmerítés nem károsítja az egyes cellákat külön-külön. A túltöltésnél még biztonsági kockázatot is jelent.

Nem szükséges minden egyes töltésnél feszültség kiegyenlítést alkalmaznod. A többség egyetért abban, hogy minden tizedik-huszadik töltéskor ezt elég elvégezni egy egészséges akkupakknál. A gond ott kezdődik, hogy az akkudról meg kellene állapítani, hogy az egészséges –e, ugyanis az idősebb akkuknál a cellák instabillá válhatnak. Nekem az a meggyőződésem, hogy ha van egy jó minőségű töltőd egy jó balanszerrel, akkor azt használd minden, vagy minden második töltésnél. Ez túlzásnak tűnhet, de ha egy esetben is megmenti az akkupakkod a sérüléstől vagy tűztől, akkor már megérte! Ez a Te döntésed.

Balanszer csatlakozók és töltés

Rendben, most már tudod miért szükséges a LiPo akkukat balanszírozni. A kérdés a következő: hogyan csináljam?

Minden több cellás RC LiPo akkun találsz majd egy balanszer csatlakozót. Ezen a csatlakozón kereszült lehetséges a cellák egyenkénti töltése vagy kisütése.

Most pedig következzen a LiPo akkuk feszültség kiegyenlítésének négy lehetséges megoldása:

A LiPo akku feszültég kiegyenlítése történhet töltés közben a balanszer csatlakozón keresztül egy kiegyenlítést biztosítani tudó töltővel. Ennél a módszernél a töltő egyesével tölti a cellákat, hogy biztosítsa a feszültségek azonosságát a cellák között. A fenti képen látható egy speciálisan három cella töltésére kialakított töltő a balanszer csatlakozón keresztül történő akkutöltés közben. A korlátozó tényező ebben az esetben a töltés maximális sebessége. Mivel a balanszer csatlakozás vezetékezése kis keresztmetszetű, ez a módszer csak kis akkuk esetén működőképes, amelyeket nem több mint 2,5 amperrel lehet tölteni. Ha mégis nagyobb árammal töltesz, akkor a balanszer vezetékei vagy csatlakozója fel fog melegedni/forrósodni.

A LiPo akku cellák feszültsége egy a töltőtől elkülönülő balanszer eszközzel is felügyelhető, szabályozható, miközben a töltés a kisütésre is használt tápcsatlakozóról történik. Egy ilyen eszköz például a Blinky Balancer. A képen egy mikroprocesszor vezérelt töltőt láthatsz, miközben egy háromcellás LiPo akkupakkot tölt a tápcsatlakozóról és egy Blinky Balancer van a balanszer vezetékre csatlakoztatva. Ez a Blinky balanszer folyamatosan figyelemmel kíséri az akku minden egyes cellájának a feszültségét és egy minimális terhelést kapcsol arra a cellára, amelynek magasabb a feszültsége a többinél. Így tarrja a cellák feszültségét kb. 0,02 volt (20 millivolt) értéken belül.

Az RC LiPo akku celláinak feszültsége természetesen a tápcsatlakozón történő töltés befejeztével is kiegyenlíthető egy különálló egységgel. Ismét, a képen egy Blinky Balancer láható, ahogy az akku balanszer csatlakozójára van kötve, ezesetben a töltés befejezése után. Értelem szerűen ez a kiegyenlítési módszer elméletileg nem annyira biztonságos a LiPo akku számára, mivel a töltés közben lehet, hogy egy-egy cella túltöltődik, de így legalább a kisütés és az azt követő töltési ciklus egyenletes lesz.

Végezetül a leges legjobb módja a töltés és feszültség kiegyenlítésnek egy olyan mikroprocesszor vezérelt töltő használata, amiben beépített balanszer áramkör van. Ezzel a felállással az akku a tápcsatlakozóján töltődik, az akku balanszer csatlakozója pedig egy úgy nevezett balanszer panelhez csatlakozik, amely pedig a töltő balanszer áramköréhez kapcsolódik. Néhány töltőbe a panel már beépítésre került.

A jó miroprocesszor vezérelt töltők (mint a képen látható TP-610C is) rendelkeznek beépített balanszer áramkörrel, valamint ellenőrzik a rákötött akkuk cellaszámát. Töltés közben változtatják a töltés és kiegyenlítés mértékét, ezzel biztosítanak zökkenőmentes és biztonságos töltés/kiegyenlítés ciklust, amely megnöveli a LiPo pakkod élettartamát.

Ez messze ez a legbiztonságosabb módja a nagy kapacitású, többcellás LiPo akkuk töltésének, és egy teljesen új világot nyit meg egy fejlettebb töltési mód felé, amely az akkumulátorok párhuzamos töltése (legtöbbször én is így töltöm a LiPo akkuimat).

Balanszer csatlakozók

A balanszer csatlakozók többségének jelenleg négy típusa létezik, így fontos hogy tudd a kiegyenlítésre képes töltőd, a balanszer paneled vagy az önálló balanszer egységed milyen csatlakozót támogat, hogy a megfelelő csatlakozóval rendelkező LiPo akkut vásárolj.

JST-XH csatlakozó:
Ez a leggyakoribb balanszer csatlakoző típus. Align, Common Sense RC (V2), Great Planes, Dualsky, Esky, Electrifly, Losi, Rhino, Team Great Hobbies, Trinity, Turnigy, Venom, Zippy márkák használják – csak hogy egy párat említsek.

Thunder Power csatlakozó:
Thunder Power, FlightPower, Apex, EVO, MPX, Outrage és még pár akku márka használja.

Polyquest csatlakozó:
A Polyquest, E-tec, True RC, Extreme Power, Impulse, Enermax, Hyperion, Poly RC, Xcite, Fliton és még néhány másiknál találkozhatsz vele.

JST-EH csatlakozó:
Ez a legritkábban használt balanszer csatlakozó típus. A következő nagyobb nevű akku gyártónál találod meg: Kokam, Graupner, Core és néhány régebbi Vampower.