 Μπαταρίες #2 |
Φόρτιση Συσσωρευτών | ||||||||||||
[ #1-Γενικά περί Ηλεκτρικών Στοιχείων ] -
[ #3-Φορτιστές ] -
[ #4-Εκφόρτιση-Εκφορτιστές-Cyclers ] -
[ #5-Συσ. Ni-Cd ]
| |||||||||||||
Πως φορτίζονται τα δευτερογενή στοιχεία;Για να φορτίσεις ένα συσσωρευτή πρέπει να τον συνδέσεις με μία ηλεκτρική πηγή για κάποια χρονική περίοδο. Ο θετικός πόλος της πηγής συνδέεται με τον θετικό πόλο της μπαταρίας και ο αρνητικός με τον αρνητικό, ώστε να περάσει ρεύμα αντίθετα απ' ότι στην φάση της εκφόρτισης - λειτουργίας.Για να περάσει το ρεύμα πρέπει η τάση της πηγής να είναι λίγο μεγαλύτερη από την τάση της φορτιζόμενης μπαταρίας. Αλλιώς, είτε δεν θα ξεκινήσει η φόρτιση, είτε αυτή θα είναι ατελής. Δεδομένου ότι η τάση κάθε στοιχείου Ni-Cd ανέρχεται στα 1,6 V στο τέλος της φόρτισης, χρειάζεται μία πηγή με τουλάχιστον 1,1 Volt περισσότερο από το σύνολο της τάσης που θα φθάσει η φορτιζόμενη μπαταρία. Παράδειγμα:
Παραλλαγές του τρόπου φόρτισηςΚατ' αρχή το ρεύμα της φόρτισης πρέπει να είναι DC (συνεχές). Δεν γίνεται φόρτιση με ρεύμα AC (εναλλασόμενο).Υπάρχουν όμως πολλοί τρόποι για να φορτίσεις με συνεχές ρεύμα ένα συσσωρευτή. Είναι ο κλασσικός τρόπος για τους συσσωρευτές μολύβδου. Η φόρτιση αρχίζει με μεγάλη ένταση και στο τέλος καταλήγει σε πολύ μικρό ρεύμα και διακόπτεται αυτόματα.
Είναι ο κλασσικός τρόπος για τους συσσωρευτές Ni-Cd και NiMH. Η ένταση διατηρείται σταθερή σε όλη την διάρκεια της φόρτισης, ή σχεδόν σταθερή ανάλογα με την ποιότητα του φορτωτή.
Είναι μία παραλλαγή της πρώτης περίπτωσης, και υιοθετείται για τη φόρτιση μπαταριών Λιθίου.
Είναι ένας αποδοτικός τρόπος για να φορτιστούν γρήγορα μπαταρίες Ni-Cd. Στην αρχή που η μπαταρία είναι ξεφόρτιστη, η φόρτιση ξεκινάει με μεγάλη ένταση, και σταδιακά στο τέλος καταλήγει να την φορτίζει με μικρή ένταση.
Αυτή η μέθοδος χρησιμοποιείται για να συντηρούμε το φορτίο μιάς ήδη φορτισμένης μπαταρίας (trickle charging).
Είναι μία παραλλαγή της μεθόδου με σταθερή ένταση. Σ΄αυτή το ρεύμα περνάει με παλμούς, δηλαδή σαν να ανοιγοκλείνει ένας διακόπτης on-off πολύ γρήγορα.
Ο όρος "reflex" σημαίνει ότι ο φορτιστής παρέχει μία σειρά θετικών παλμών στους οποίους παρεμβάλλει, κάθε τόσο, και ένα αρνητικό παλμό. Το μάρκετινγκ λέει ότι ο συνδυασμός θετικών και αρνητικών παλμών, δυαλύει τις φυσσαλίδες που κάθονται στα ηλεκτρόδια. Αλλά φυσσαλίδες δημιουργούνται μόνο σε στοιχεία με υγρό ηλεκτρολύτη. Τα στοιχεία Ni-Cd και Ni-MH που συναντάμε στον αερομοντελισμό δεν έχουν υγρό ηλεκτρολύτη. Επομένως η μέθοδος reflex δεν προσφέρει κάτι, αλλά ούτε και βλάπτει αυτά τα στοιχεία. Οι παράγοντες "ένταση" και "χρόνος"Οι δύο βασικοί παράγοντες της φόρτισης είναι η ένταση του ρεύματος και ο χρόνος. Ενας συσσωρευτής μπορεί θεωρητικά να φορτιστεί αργά με μικρή ένταση, ή γρήγορα με μεγάλη ένταση. Στην συνέχεια θα δούμε τους τρείς γνωστούς συνδυασμούς: την κλασσική φόρτιση, την γρήγορη φόρτιση και την ταχεία ή υπερταχεία φόρτιση.ΠΡΟΣΟΧΗ: Η γρήγορη και ταχεία/υπερταχεία φόρτιση δεν είναι κατάλληλες για όλους τους τύπους των συσσωρευτών, ή για κάθε μέγεθος μπαταρίας, ή για κάθε φορά που γίνεται σ' αυτά φόρτιση, ή με φορτιστή που δεν είναι κατάλληλος γι' αυτή την φόρτιση. Η "κλασσική" φόρτιση (C/10 rate charge)Γίνεται με ένταση ίση με το ένα δέκατο της ονομαστικής τιμής της χωρητικότητας "C". Δηλαδή την μπαταρία των 500 mAh την φορτίζουμε με ένταση 50 mA, την μπαταρία των 800 mAh με ένταση 80 mA κ.ο.κ. Τις περισσότερες φορές το ρεύμα της κλασσικής φόρτισης θα το δείς γραμμένο ως C/10 ή 0,1C.Οταν η μπαταρία είναι εντελώς αφόρτιστη, ο χρόνος για την κλασσική φόρτιση είναι 14-16 ώρες. Επειδή συνήθως βάζουμε να φορτίσουν το βράδυ πριν πάμε για πτήση, την κλασσική φόρτιση την λέμε και "ολονύκτια" φόρτιση (overnight charge). Αλλά γιατί θέλει 14-16 ώρες; Αφού την φορτίζουμε με C/10 κανονικά σε 10 ώρες θα πρέπει να έχει ολοκληρωθεί η επανάκτηση της χωρητικότητάς της (10Χ10=100). Από την ενέργεια που παρέχει ο φορτιστής μόνο το 60% μένει στον συσσωρευτή. Το υπόλοιπο μετατρέπεται σε θερμότητα και χάνεται. Γι' αυτό είναι αναγκαία η επιμήκυνση του χρόνου φόρτισης κατά 40-60%. Η "γρήγορη" φόρτιση (Quick charge)Γρήγορη καλείται η φόρτιση με ρεύμα διπλάσιο (C/5) έως και πενταπλάσιο (C/2), του ρεύματος της κλασσικής φόρτισης.Οι συσσωρευτές Ni-Cd και Ni-MH μπορούν να δεχθούν γρήγορη φόρτιση με την προϋπόθεση ότι θα τηρηθούν οι αναλογούντες χρόνοι. Δηλαδή ένα συσσωρευτή 500 mAh μπορούμε να τον φορτίσουμε με ρεύμα 100 - 250 mA αλλά πάντα μειώνοντας αναλογικά τον χρόνο.
Πρόβλημα: Αν για μία 500άρα η κλασσική φόρτιση γίνεται με 50 mA * 14 ώρες, πόσος χρόνος χρειάζεται για
να φορτιστεί με 100 mA (δηλαδή με C/5);
Αντίστοιχα:
Οι ανωτέρω χρόνοι πρέπει να μειωθούν αναλογικά, αν ο συσσωρευτής την στιγμή που αρχίζει "γρήγορη
φόρτιση" έχει ήδη ένα ποσοστό της ενέργειάς του (δεν είναι τελείως ξεφόρτιστος).
Η "ταχεία" ή "υπερταχεία" φόρτιση (Fast charge)Ταχεία φόρτιση (λέγεται και υπερταχεία) είναι κάθε ρυθμός που φορτίζει την μπαταρία σε μία ώρα ή συντομώτερα. Αυτό επιτυγχάνεται με εντάσεις από C έως 3C, δηλαδή από 10 έως 30 φορές μεγαλύτερες από ότι στην κλασσική φόρτιση.
Ο δεύτερος επικουρικός τρόπος διακοπής της ταχείας φόρτισης είναι η ανίχνευση της ανόδου της θερμοκρασίας της μπαταρίας με ένα αισθητήρα που έρχεται σε επαφή με ένα στοιχείο (μπαίνει σε μιά τρύπα του μονωτικού περιβλήματος της μπαταρίας). Την στιγμή που φθάνει η τάση στην κορυφή Δ, η μπαταρία έχει ήδη φορτιστεί. Κάθε επι πλέον παροχή ενέργειας σ' αυτή θα μετατραπεί σε θερμότητα. Η αύξηση της θερμοκρασίας αρχίζει από το κέντρο του στοιχείου, δηλαδή όταν θα γίνει αισθητή η αύξηση στο περίβλημά του, θα έχει ήδη περάσει κρίσιμος χρόνος, αλλά "κάλλιο αργά παρά ποτέ". Ο τρίτος, επίσης επικουρικός, τρόπος διακοπής της φόρτισης (δεν αφορά μόνο την ταχεία φόρτιση) είναι ένας χρονοδιακόπτης, εξωτερικός ή σε κύκλωμα του φορτιστή. Αν ξέρεις πόσο χρόνο χρειάζεται για να φορτίσει η μπαταρία σου, ρυθμίζεις αντίστοιχα και τον χρονοδιακόπτη. Αυτό δεν είναι εφικτό αν η μπαταρία ξεκινάει την ταχεία φόρτιση με μέρος του φορτίου της, γιατί ποτέ δεν θα ξέρεις πόσο είναι αυτό για να προγραμματίσεις και τον χρονοδιακόπτη. Ομως ρύθμισε τον χρονοδιακόπτη με διάρκεια λίγα λεπτά περισσότερο από την αναμενόμενη λήξη της φόρτισης, ώστε αν οι άλλοι δύο ανιχνευτές αστοχήσουν η φόρτιση να σταματήσει τουλάχιστον με αυτόν τον τρόπο. Σε καμμία περίπτωση δεν πρέπει να συνεχιστεί η φόρτιση πέρα από τα ενδεικτικά σημεία, (μεταβολή της τάσης ή αύξηση θερμοκρασίας ή χρόνος όποιο από τα τρία επέλθει συντομώτερα) γιατί υπάρχει κίνδυνος ατυχήματος. Τι να προσέξεις:
Γιατί να χρειαστεί να φορτίσω τις μπαταρίες μου πιό γρήγορα;Μπαταρίες πομπού και δέκτηΕνα ωραίο πρωϊνό αποφασίζεις να πας να πετάξεις σε λίγες ώρες, αλλά δεν έχεις φορτίσει τις μπαταρίες του συστήματος, ή θέλεις να πετάξεις περισσότερες πτήσεις απ' ότι μπορεί να αποδόσουν με μία φόρτιση.Πολλά από τα μοντέρνα συστήματα έχουν μπαταρίες που μπορούν να αντέξουν υπερταχεία φόρτιση μέχρι και ρεύμα C. (π.χ. αν είναι 600σάρες με ρεύμα 600 mA). Αν οι μπαταρίες σου δεν έχουν αυτή την δυνατότήτα, περιορίσου στην γρήγορη φόρτιση με ρεύμα έως και C/3 (π.χ. αν είναι 600σάρες με ρεύμα 200mA). Για λόγους που δεν θα εξηγήσουμε εδώ, δεν πρέπει να υπερβείς το όριο της πλήρους φόρτισης. Η καλύτερη στρατηγική σ' αυτή την περίπτωση είναι να μη στοχεύσεις σε πλήρη φόρτιση. Ο σκοπός είναι να μπορέσεις να πετάξεις μερικές ακόμα πτήσεις. Σ' αυτή την περίπτωση η ανάκτηση του 80% της συνολικής χωρητικότητας είναι αρκετή, και επιπροσθέτως δεν επιβαρύνει την μπαταρία με υψηλή θερμοκρασία. Αν μετά από λίγες πτήσεις θέλεις να συνεχίσεις, φόρτισέ την ξανά έως το 80%. Για να υπολογίσεις με σχετική ακρίβεια αυτό τον στόχο πρέπει να γνωρίζεις επακριβώς την δυναμικότητα των μπαταριών σου, και να σημειώνεις τις πτήσεις που έκανες και θα κάνεις μετά από κάθε φόρτιση.
Στο σπίτι θα τις φορτίσεις κανονικά, με ρεύμα C/10.
Οι μπαταρίες που προορίζονται για τροφοδοσία ηλεκτροκινητήρων (άρα για ταχεία εκφόρτιση) όχι μόνο είναι κατάλληλες και για υπερταχεία φόρτιση, αλλά και αποδίδουν πολύ καλύτερα αν ταχυφορτίζονται. Ο συνδυασμός του αριθμού των στοιχείων τους, και της μεγάλης έντασης δίνει σαφή ένδειξη στον ειδικό φορτωτή για τον αυτόματο τερματισμό της φόρτισης. Παρ' όλα αυτά εσύ πρέπει να παρακολουθείς και την αύξηση της θερμοκρασίας τους με την αφή. Τους ταχυφόρτιστους συσσωρευτές μετά από 6-7 ταχείες φορτίσεις, πρέπει να τους φορτίζεις μία φορά με κλασσική φόρτιση (ρεύμα C/10) για να ισορροπήσουν τα στοιχεία.
Πότε μπορεί να αστοχήσει ο ανιχνευτής της "κορυφής" και να μην σταματήσει την φόρτιση;
Πότε μπορεί να κόψει νωρίτερα ο ανιχνευτής της "κορυφής";
Πότε μπορεί να αστοχήσει ο ανιχνευτής θερμοκρασίας και να μην σταματήσει έγκαιρα την φόρτιση;
Πότε μπορεί να κόψει νωρίτερα ο ανιχνευτής θερμοκρασίας;
Η διατήρηση του φορτίου (Trickle charge)Πριν λίγα χρόνια οι "καλοί φορτιστές της εποχής" όταν ολοκλήρωναν την κανονική φόρτιση, άλλαζαν ρυθμό (αυτόματα ή χειροκίνητα), και συνέχιζαν να παρέχουν στην μπαταρία χαμηλό συνεχές ρεύμα C/100-C/50 (δηλαδή για μία μπαταρία 500 mAh ρεύμα 5-10 mA).Στόχος αυτής της χαμηλής φόρτισης ήταν η αντιστάθμιση του ρυθμού αποφόρτισης κατά την αποθήκευση, ώστε οι μπαταρίες να βρίσκονται πάντα φορτισμένες, και όταν μας έρθει η διάθεση για πτήση να τις πάρουμε και να πάμε χωρίς καθυστέρηση στο μοντελοδρόμιο. Αυτό δεν επιβαρύνει την ζωή της μπαταρίας αν γίνεται για μικρό διάστημα π.χ. για μερικές ημέρες μία φορά τον μήνα. Ομως μακρόχρονη παραμονή στο ρεύμα συντήρησης, επιβαρύνει την ζωή της μπαταρίας. Δηλαδή να μην αφήνω τις μπαταρίες στο trickle;Ναι, μπορείς να τις αφήσεις στο trickle μόνο αν ξέρεις ότι θα τις βγάλεις σε σύντομο χρονικό διάστημα. Επίσης να θυμάσαι ότι μετά μία παραμονή των μπαταριών στο trickle, η πρακτική χωρητικότητά τους είναι μειωμένη.Εναλλακτικές μέδοθοι διατήρησης του φορτίουΥπάρχουν εναλλακτικά οι εξής μέθοδοι για να διατηρηθεί μία φορτισμένη μπαταρία με πλήρη χωρητικότητα στην αποθήκευση.
Επισημαίνουμε καμμία από τις προαναφερθείσες μεθόδους συντήρησης δεν μπορεί να φορτίσει μία αφόρτιστη μπαταρία όσο χρόνο και αν επιμείνουμε. Η αποστολή τους είναι μόνο να διατηρήσουν το φορτίο μιάς ήδη φορτισμένης μπαταρίας. Πως γίνεται η πρώτη φόρτιση στην ζωή της μπαταρίας;Μία καινούργια (αμεταχείριστη) μπαταρία Ni-Cd ή Ni-MH θέλει "στρώσιμο". Την πρώτη φορά την φορτίζουμε για 20-24 ώρες με ρεύμα C/10, την οποία ακολουθεί μία ήπια εκφόρτιση. Συνιστάται να γίνει και δεύτερος ή και τρίτος κύκλος (με C/10 για 14-16 ώρες) για:
Μπορεί να γίνει φόρτιση με ρεύμα μικρότερο του C/10 σε μία Ni-Cd ή Ni-MH;Θεωρητικά μπορεί. Στην πράξη όμως δεν είμαστε σίγουροι ότι θα έχουμε το ίδιο αποτέλεσμα. Και όταν δεν είμαστε σίγουροι ότι μία μέθοδος θα αποδίδει πάντα το 100% δεν την εμπιστευόμαστε.
Αν η ένταση με την οποία φορτίζεται μία 500άρα είναι 45 mA αντί 50 mA,
μπορούμε να αυξήσουμε αναλογικά τον χρόνο σε 16-18 ώρες και να την φορτίσουμε πλήρως.
Σε κάθε φόρτιση, το αρχικό 80% της χωρητικότητας ανακτάται σχετικά ευκολώτερα από το τελευταίο 20%. Καθώς προχωρεί η φόρτιση, μεγαλώνει και η αντίσταση της μπαταρίας. Το πολύ χαμηλό ρεύμα δεν μπορεί να υπερνικήσει αυτή την αντίσταση και στους θεωρητικούς χρόνους θα έχει επανακτήσει μόνο μέρος του φορτίου της. Οσο κι αν συνεχίσουμε την φόρτιση αυτή ο συσσωρευτής δεν θα φορτίζει άλλο, γι'αυτό σταματάμε στις 24 ώρες. Για πρακτικούς λόγους μπορούμε να πούμε ότι η 500ρα που φορτίσαμε με 20 mA μπορεί να έχει πάρει το 80-90% του φορτίου της και να μας εξυπηρετήσει ανάλογα. Εντάσεις μικρότερες από το C/20 αφ'ενός είναι χρονοβόρες και αφ'ετέρου δεν φορτίζουν τελείως τον συσσωρευτή. Πόσο χρόνο χρειάζεται να φορτίσει μία μπαταρία, αν δεν είναι τελείως ξεφόρτιστη;Αν γνωρίζεις καλά την μπαταρία, και πόση ενέργεια έχει αναλωθεί, μπορείς να υπολογίσεις τις παραμέτρους του χρόνου και της έντασης για να επανακτηθεί η ενέργεια που λείπει. Με απλά λόγια αν η μπαταρία έχει εκφορτιστεί έως την μέση του φορτίου της, θα χρειαστεί τον μισό χρόνο για να φορτίσει τελείως.Αυξάνει η θερμοκρασία των στοιχείων κατά την φόρτιση;Στην διάρκεια της φόρτισης των Ni-Cd η χημική αντίδραση είνα ενδόθερμη, άρα η θερμοκρασία πέφτει. Η θερμοκρασία θα αρχίσει να αυξάνει μόνο όταν ολοκληρωθεί η φόρτιση και η προσφερόμενη ενέργεια μετατρέπεται όλη σε θερμότητα.Επηρεάζει η θερμοκρασία την φόρτιση των Ni-Cd;Αν φορτίζεις με C/10 (κλασσική φόρτιση) το εύρος της θερμοκρασίας περιβάλλοντος να είναι από 0o έως 45ο κελσίου Αν φορτίζεις με C/3 (γρήγορη φόρτιση) να είναι από 10o έως 45ο κελσίου Οι ιδανικές θερμοκρασίς για φόρτιση είναι μεταξύ 10οC και 30οC. Μη φορτίζεις κάτω από 0οC. Ενα κρύο στοιχείο δεν μπορεί να πάρει την ίδια φόρτιση όπως ένα ζεστό στοιχείο. Δεν εννοούμε να καίει από την προηγηθείσα χρήση, αλλά ότι τον χειμώνα τα στοιχεία θα φορτίζονται λιγότερο απ' ότι το καλοκαίρι.
[ #1-Γενικά περί Ηλεκτρικών Στοιχείων ] -
[ #3-Φορτιστές ] -
[ #4-Εκφόρτιση-Εκφορτιστές-Cyclers ] -
[ #5-Συσ. Ni-Cd ]
| |||||||||||||
Στο σχήμα φαίνονται οι μεταβολές της τάσης, της θερμοκρασίας και της πίεσης σε ένα στοιχείο Ni-Cd συναρτήσει του χρόνου φόρτισης. Πρώτα αρχίζει να αυξάνει η πίεση, μετά η θερμοκρασία και πολύ μετά ολοκληρώνεται η αυξομείωση της τάσης ώστε να κόψει ο φορτιστής. Επαναλαμβάνουμε ότι η φόρτιση έχει ολοκληρωθεί πριν αρχίσει η μεταβολή Δ.
Καμπύλες φόρτισης ενός στοιχείου. Παρατηρείστε ότι όταν το στοιχείο φορτίζεται με 1C εμφανίζεται καμπύλη Δ. Οσο χαμηλότερο είναι το ρεύμα φόρτισης, τόσο πιό μικρή είναι η μεταβολή της τάσης V και ο φορτιστής δεν μπορεί να την αναγνωρίσει. Το σχήμα επίσης δείχνει την διαφοροποίηση της τάσης αν η φόρτιση παραταθεί έως το διπλάσιο του απαιτούμενου αρχικά χρόνου.
