Az adóvevők gyakran újratölthető akkumulátorokat használnak, hogy hordozhatóak és könnyen cserélhetőek legyenek. Az adóvevő akkumulátorokra és töltésükre vonatkozó néhány fontos tudnivalót és tippet szedtünk nektek össze ebben a bejegyzésünkben.
Jelenleg 3 fajta akkumulátor típust használunk az álltalános adóvevő eszközökben: Ni-MH, Li-ion és Li-polimer akkumulátorokat.
Ni-MH akkumulátorok
Az "Ni-MH" rövidítés egy speciális típusú újratölthető akkumulátort, azaz a "Nikkel-Metál Hidrid" akkumulátort jelöli. Ezek az akkumulátorok előnyösebbek a környezet szempontjából és jobb teljesítményt nyújtanak, mint az előző generációs nikkel-kadmium (NiCd) akkumulátorok.
Az Ni-MH akkumulátorok széles körben használtak különféle eszközökben, mint például távirányítók, fényképezőgépek és játékok. A fő előnyük, hogy kevésbé hajlamosak a "memóriaeffektus" nevű jelenségre, ami az akkumulátor teljesítményének csökkenéséhez vezethet, ha nem teljesen merül le és töltődik újra. Ezáltal a Ni-MH akkumulátorok hatékony és környezetbarát energiaforrást nyújtanak sokféle mindennapi eszköz számára.
Az energiasűrűségük azonban alacsonyabb, ami azt jelenti, hogy kevesebb energiát tárolnak ugyanolyan tömegű akkumulátorban. Az általánosan használt Ni-MH akkumulátorok kapacitása 1000-3000 mAh között van.
Li-ion akkumulátorok
A lítium-ion (Li-ion) akkumulátorok a legelterjedtebb tölthető akkumulátorok. Az energiasűrűségük magasabb, mint a Ni-MH akkumulátoroké, és a kapacitásuk 1000-3000 mAh között van. Ezek a modern, újratölthető akkumulátorok lítium-ionokat használnak a kémiai reakciók során.
Számos elektronikai eszközben használják őket, mint például okostelefonok, laptopok és elektromos járművek. A lítium-ion akkumulátorok kiemelkedő előnyei közé tartozik a magas energiatárolás, az alacsony önkisülés, a "memóriaeffektus" hiánya, gyors töltési képesség. Ugyanakkor fontos tudni, hogy ezek az akkumulátorok kockázatokat is hordoznak, például a túlzott hőre és túlterhelésre való érzékenységet, ezért a biztonságos használat érdekében ajánlott betartani a gyártók által javasolt előírásokat és óvintézkedéseket.
Li-polimer akkumulátorok
A "Li-polimer" rövidítés a "Lítium-polimer" akkumulátorokra utal. Ezek újratölthető akkumulátorok, amelyekben a lítium-ionok polimer gélben vagy szilárd polimerben vannak eloszlatva, eltérően a hagyományos folyékony elektrolitos lítium-ion akkumulátoroktól. Ezeknek az akkumulátoroknak számos előnye van.
A lítium-polimer (Li-Po) akkumulátorok hasonlóak a Li-ion akkumulátorokhoz, de a Li-Po akkumulátorok laposabbak és könnyebbek, mint a Li-ion akkumulátorok. Hatékonyságuknak ára van, mivel drágábbak, mint a Li-ion akkumulátorok. Rugalmasabb kialakításuk lehetővé teszi alkalmazásukat különleges formájú és kis méretű eszközökben.
Emellett könnyebbek és vékonyabbak lehetnek, magasabb energiatárolást és jobb hőmérséklet-tűrést biztosítva. Ennek köszönhetően széles körben alkalmazzák okostelefonoktól kezdve drónokig sokféle hordozható elektronikai eszközben. Az energiasűrűségük magasabb, mint a Ni-MH akkumulátoroké, és a kapacitásuk 1000-3000 mAh között van.
Melyik akkut használjuk a különböző adóvevő típusokban?
A hobbi adóvevőkben Ni-MH akkumulátorokkal találkozhatunk. Ezen készülékek lassabb töltéssel dolgoznak, de cserébe könnyen cserélhetünk akkucellákat, akár alkáli elemekre is. Újabb típusoknál már megjelentek a Li-ion akkumulátorok is így csökkent a rádió mérete és súlya is.
Li-ion és Li-Po akkumulátorokkal pedig az üzleti és ipari adóvevőknél találkozhatunk. Itt fontos a nagy terhelhetőség, a hosszú üzemidő. Ezen akkumulátorokat már dokkolótöltővel tölthetjük.
Továbbá bizonyos készülékeknél elérhetőek az Impress „okos” akkumulátorok, melyek figyelik az akkumulátor különböző tulajdonságait, így jóval nagyobb élettartammal bírnak, viszont speciális töltő kell a töltésükhöz.
Töltők
A töltőknek két különböző típusa van: a kommersz (tömeggyártású) töltők és az ipari töltők.
A kommersz töltőt vonzó csomagolásban ajánlják olyan termékekkel együtt, mint mobiltelefonok, laptopok és videokamerák. Ezek a töltők viszonylag olcsók és az együtt szállított készülékekhez használva megfelelően működnek. A kommersz töltő tehát csak egyszerű felhasználásra javasolt.
Ellenben, az ipari töltő folyamatos használatra készült, és akkucsoport töltésére is alkalmas. Választhatunk egy és több töltőhelyes kiépítést. Az ipari töltők gyakran tartalmaznak különleges szolgáltatásokat, úgymint negatív impulzustöltés, kisütési funkció az akkuk kondicionálásához, töltésállapot (SoC) és akkuállapot (SoH) jelzések.
Az akkuk túltöltés elleni védelmének hiánya a leggyakoribb probléma, különösen a nikkel-bázisú akkuk használatánál. A magas hőmérséklet melletti töltés és készenlét tönkreteszi az akkukat. A túltöltés jele, ha a töltés befejezése után is meleg marad az akku. Egy bizonyos hőmérsékletemelkedés azonban nem kerülhető el a nikkel-bázisú akkuk töltésénél.
A hőmérséklet akkor éri el a legmagasabb értéket, ha az akku teljesen feltöltődött, majd csökkennie kell miközben az akku feltöltöttségét jelző fény világít, és a töltő csepptöltéses üzemre kapcsol. Az akku végül visszahűl szobahőmérsékletre. Ha a hőmérséklet nem csökken, hanem szobahőmérséklet fölött marad, akkor a töltő nem működik megfelelően. Ha a feltöltöttséget jelző fény világít, lehetőleg mihamarabb vegyük ki az akkukat a töltőből! Minden további csepptöltés ártalmas lehet az akkuknak.
Ez a figyelmeztetés különösen igaz a Ni-MH akkukra, mert az ilyen típusú cellák rosszul tűrik a túltöltést. Valójában, egy Ni-MH cella nagyobb áramú csepptöltés mellett is hideg marad, ha megérintjük, miközben károsodást szenved a túltöltés miatt. Ez az akkuk élettartamának lerövidülését is okozza. Egy lítium-ion alapú cellának sohasem szabad melegnek lennie a töltőben. Ha mégis ezt tapasztaljuk, akkor a cella meghibásodott vagy a töltőnk nem működik rendesen. Az ilyen akkuk vagy töltők tovább nem használhatók. A legjobb megoldás az akkukat a polcon tárolni és használat előtt teljesen feltölteni, mint napokig a töltőben tartani.
Még egy látszólag korrekt csepptöltésnél is tapasztalható egy bizonyos fokú kristályosodás, ami később memória-effektust eredményez, ha a töltőben felejtjük akkutelepünket. A nikkel-bázisú cellák jelentős önkisülése miatt is tanácsos használat előtt teljes feltöltést végezni. A Li-ion töltők megengedik, hogy hosszabb ideig bennhagyjuk akkunkat, mivel az akkuba épített elektronika gondoskodik a töltőáram megfelelő szabályzásáról.
Lassú töltő
Más néven normál töltő, vagy angolul „overnight charger” (éjszakán át töltő). A lassú töltő fix töltőárammal dolgozik, amelynek nagysága az akku kapacitásának egy tizede (0,1C). Folyamatos a töltés mindaddig, amíg az akkuk a töltőre vannak csatlakoztatva.
A töltési időtartam 14-16 óra. A legtöbb esetben nincs túltöltés érzékelés, ami kisáramú csepptöltő üzemmódba váltaná át a töltőt a töltés végén. A lassú töltő előnye az olcsóság, de csak Ni-Cd akkukhoz használható. Ha Ni-Mh és Ni-Cd akkukat egyaránt szeretnénk alkalmazni, le kell cserélnünk eszközünket egy korszerűbb egységre. Az akku a töltőben langyos lesz a teljes töltöttség elérése után. Ebben az esetben nem szükséges az akkut azonnal kivenni, de egy napnál hosszabb ideig ne tartsuk a töltőben! A legjobb megoldás kivenni a cellákat miután teljesen feltöltődtek, vagyis a 14 óra letelte után, vagy amikor a cellák kézmelegek.
Probléma akkor keletkezik, ha egy kisebb kapacitású (kevés mAh-s) akkut töltünk nagyobb cellákhoz tervezett töltővel. Bár a töltő a kezdeti töltési fázisban megfelelően fog viselkedni, az akku azonban már 70% töltöttségi foknál melegedni kezd. Mivel nincs lehetőség kis töltőáramokkal végezni a töltést, vagy megszakítani azt, a töltés második fázisában a túltöltés miatti túlmelegedés a cellák meghibásodását okozza. Ha erre alkalmas töltő nem áll rendelkezésre, abban az esetben a felhasználónak kell figyelnie folyamatosan a töltés alatt lévő akku hőmérsékletét és lekapcsolni az akkut, ha az felmelegedett.
Az ellenkezője is előfordulhat, amikor egy nagyobb akkut töltünk kisebb cellákra tervezett töltővel. Ebben az esetben sohasem érjük el a teljes feltöltést. Az akku hideg marad a töltés alatt és az elvártnál alacsonyabb teljesítményt nyújt. A nikkel-bázisú akkunál, így a folyamatos alul-töltés miatt kialakul a memória-effektus, ami jelentős kapacitáscsökkenéssel jár.
Gyorsított töltő
Az úgynevezett gyorsított töltő „quick charger vagy rapid-charger” az egyik legnépszerűbb töltő változat. Ez a készülék, a lassú és a gyorstöltő között helyezkedik el, a töltési idő és az ár szempontjából is.
A töltést 3-6 óra alatt végzik el 0,3C körüli töltőáram-értékkel. Töltésvezérlő elektronika van beépítve, ami lekapcsolja a töltést, ha az akku feltöltődött. Egy jól megtervezett gyorsított töltő sokkal jobb eredményt nyújt egy lassú töltőnél. Akkuink hosszú élettartamúak lesznek, ha nagyobb árammal töltjük, óvjuk a túlmelegedéstől, és nem töltjük túl őket. A gyorsított töltők mind nikkel, mind lítium bázisú cellákhoz egyaránt alkalmazhatók. Ez a két típusú cella alapesetben nem tölthető ugyanabban a töltőben.
Gyorstöltő
A gyorstöltő számos előnnyel bír az egyéb típusokkal szemben. Legfőbb előnye a rövidebb töltési idő, bár nagyobb tápegység és drágább, bonyolultabb vezérlőáramkör szükséges hozzá. A gyorstöltő árfekvése magasabb, de a befektetés megtérül az akkuk üzembiztos működésében és hosszú élettartamában.
A töltési idő a töltőáram nagyságától függ, amit a cella kapacitása és az elektrolit kémiai tulajdonságai határoznak meg. 1C töltőárammal (ami a cella kapacitásával azonos érték) egy kimerült Ni-Cd cella feltöltődési ideje nem sokkal több, mint 1 óra. Amikor az akku teljesen feltöltődött egyes töltők ún. „záró (topping)” töltési módba kapcsolnak, elindítva egy időzítőt, amíg egy csökkentett töltőáram mellett a töltési ciklus véget nem ér. Ha ez bekövetkezett, a töltő csepptöltéses üzemre kapcsol. Ez a „karbantartó” töltés kompenzálja a cellák önkisülését.
A korszerű gyorstöltők, a Ni-Cd és a Ni-Mh akkukhoz egyaránt alkalmazhatók. Mivel a gyorstöltők viszonylag nagy árammal dolgoznak, és figyelni kell a cellákat töltés közben, nagyon fontos, hogy csak a gyártó által megadott típusú akkukat töltsük a készülékben! Néhány akkumulátorgyártó elektronikusan kódolja az akkukat, a kémiai jellemzők és a töltési ráta azonosításához. A töltő ekkor pontosan be tudja állítani a töltőáramot, és az optimális töltési algoritmust.
A zselés-savas és a Li-ion akkuk különböző algoritmust igényelnek, és ezek nem kompatibilisek a nikkel-bázisú celláknál használt metódusokkal. A gyorstöltés a nikkel-bázisú akkukhoz a legjobb. Lassú töltésnél kialakulhat a nagykristályos állapot a nikkel-bázisú celláknál, aminek következtében az akku gyenge teljesítményt nyújt, élettartama lecsökken. A cellák hőmérséklete a töltés alatt mérsékelt marad, és a hőmérsékletcsúcs is rövidebb ideig tart, mint amennyire szükséges. Nem tanácsos napokig a töltőben tartani az akkut, még egy korrekt csepptöltő áram alkalmazása esetén sem. Előfordulhat, hogy a folyamatos készenlét miatt mégis a töltőben kell, hogy maradjon az akku, ebben az esetben célszerű havonta egy kondicionáló (töltés-kisütés-töltés) ciklust végezni.
Ni-MH akkumulátorok töltése
Az Ni-MH akkutöltők nagyon hasonlítanak a Ni-Cd rendszerű töltőkhöz, de általában bonyolultabb elektronikával rendelkeznek. A Ni-MH cellák feltöltött állapotának közelében igen kis feszültségesés tapasztalható, ezért az NDV módszer nem használható 0,5C alatti töltőáramnál és magasabb hőmérsékletnél. Az öreg, vagy nem teljesen egyforma cellák még inkább megnehezítik a detektálást.
A különböző cellák állapotának változása az akkutelepen belül még intenzívebb lesz a cellák öregedésével és a ciklusok számának előrehaladtával, amely az NDV módszer használatát bonyolulttá teszi. Egy NDV elv alapján működő Ni-MH töltőnek 16mV/cella vagy ennél is kisebb feszültségváltozásra kell reagálnia. A töltő érzékenységének túlzott növelése azonban könnyen okozhatja azt a hibát, hogy bármilyen kis feszültségesésre leállítja a gyorstöltést, akár a ciklus felénél is.
Az akku és a töltő által indukált feszültségingadozás és elektromos zaj is könnyen becsaphatja a túl érzékenyre beállított áramkört. Az Ni-MH akkuk népszerűsége számos, újonnan kifejlesztett töltési eljárást eredményezett. Sok, napjainkban használatos készülék az NDV-elv, a feszültség konstans, az időegység alatti hőmérsékletváltozás (dT/dt), a hőmérsékletküszöb, és a töltési időzítő áramkörök kombinációját alkalmazza. Az ilyen jellegű töltő bármelyik előzőleg említett áramkör billenésekor leállítja a gyorstöltést.
Azok a cellák, amelyek töltésekor az NDV vagy a hőmérséklet-csúcs-érzékelés elvet használják, magasabb kapacitásértéket érnek el, mint a kevésbé agresszív módszerrel töltöttek. A nyereség egy jó cellánál kb. 6%. Ez a kapacitásnövekedés a ciklus során fellépő enyhe túltöltésnek köszönhető, negatív vonzata azonban a cellák rövidebb élettartama. A várakozás szerinti 350-400 töltési ciklus helyett a telep már akár 300 ciklus után tönkre mehet.
Hasonlóan a Ni-Cd töltési eljárásokhoz, sok Ni-MH gyorstöltő a hőmérsékletnövekedés sebességének aránya (dT/dt) alapján működik. 1°C/min hőmérséklet-változás minden esetben a töltés befejezését eredményezi. Az abszolút lekapcsolási hőmérséklet: 60°C. A 30 percig tartó, 0,1C nagyságú záró (topping) töltés teszi hatékonnyá a töltési ciklust, majd a folyamatos csepptöltés tartja teljesen feltöltött állapotban a telepet. A töltés kezdeti fázisában 1C nagyságú töltőáram a legmegfelelőbb. Egy-egy feszültség-csúcs elérése után néhány perces hűlési periódus következik, ezután a töltés egy alacsonyabb árammal folytatódik.
Amikor elértük a következő töltöttségi küszöbértéket, az áramerősség ismét egy fokozattal kisebb értékre csökken. Ez a folyamat ismétlődik, amíg az akku teljesen fel nem töltődik. Ez az angolul "step-differencial charge" (lépésenként csökkenő töltés) módszer egyaránt működik Ni-Cd és Ni-MH celláknál is. A töltőáram nagyságát a cella névleges kapacitása adja meg, ami egyben a kezdeti töltőáram értéke, majd az áram fokozatosan csökken a töltés befejeztéig. Ezzel elkerülhető az a hőmegfutás, ami a töltési ciklus végén, a cellák lecsökkent töltésbefogadó képességéből adódóan alakulhat ki.
Az Ni-MH celláknak a gyorstöltés előnyösebb a lassú töltésnél. Az alkalmazott csepptöltés nagysága lényeges a feltöltött állapot fenntartásához. Mivel a Ni-MH cellák rosszul viselik a túltöltést, a csepptöltő áram kisebb kell, hogy legyen a NiCd akkuknál használt értéktől! A javasolt csepptöltő áram Ni-MH celláknál körülbelül 0,05C. Ez az, amiért egy eredendően NiCd töltő nem használható Ni-MH cellák töltésére, kivéve, ha mindkét típust támogatja, ugyanakkor az alacsonyabb csepptöltő áram használható a NiCD celláknál is.
Nagyon nehéz, ha csak nem lehetetlen, a Ni-MH akkuk lassú töltése. 0,1C és 0,3C töltőáram között a feszültség- és hőmérsékletprofilok nem mutatnak kiértékelhető karakterisztikát a teljes töltöttségi állapot méréséhez, így a gyorstöltés egy időzítőtől kell, hogy függjön. Káros túltöltést okozhat, ha egy részben vagy teljesen feltöltött telepet helyezünk a fix időzítővel működő töltőbe. Ugyanez a helyzet, ha a cella csökkent töltésbefogadó képességű, vagy régi, és csak 50% töltés befogadására képes. A fix időzítő tehát mindig a feltételezett 100%-nak megfelelő töltésmennyiséget visz be, függetlenül az akku állapotától, ezáltal túltöltést okozva.
Ni-MH akkuknál túltöltés fordulhat elő még akkor is, ha a telep hűvös marad. Egyes olcsóbb gyorstöltők nem képesek az akkuk teljes feltöltésére. Ezek az ún. gazdaságos töltők a teljes töltöttség-érzékelést közvetlenül csak a feszültségcsúcs bekövetkeztére vagy a hőmérsékletküszöb átlépésére alapozzák.
Li-ion akkumulátorok töltése
A Li-ion töltők hasonlóak a feszültséghatárolás elvén működő zselésakku-töltőkhöz. A különbség a nagyobb cellafeszültségben, a szigorúbb feszültségtűrésben, valamint a teljes feltöltődés után alkalmazott csepp- és lebegőtöltés elhagyásában mutatkozik meg. Amíg a zselés akkumulátorok megengednek némi rugalmasságot a terhelés alatti feszültségesés szempontjából, addig a Li-ion cellák gyártói nagyon szigorúan írják elő a pontos feszültséget.
Amikor a Li-ion akkumulátort elkezdték gyártani, a grafitrendszer 4,1 V/cella feszültséget határozott meg. A magasabb feszültségek nagyobb energiasűrűséget biztosítanak, de a cella oxidációja erősen behatárolta a kezdeti, 4,1 V/cella fölé feltöltött Li-ion cellák élettartamát. Ezt a hatást kémiai adalékanyagokkal küszöbölték ki. A legtöbb, kereskedelemben kapható Li-ion cella 4,2 V feszültségű, és a tűrése minden esetben szigorúan 0,05 V.
Az ipari és katonai Li-ion akkukat maximális ciklusélettartamra tervezték, és a töltési végfeszültségük körülbelül 3,9 V/cella. Ezek az akkumulátorok alacsonyabban helyezkednek el a wattóra/kilogramm skálán, de hosszú életutat ígér a magas energiasűrűségük és kis méretük.
Minden Li-ion akku töltési ideje 3 óra körül alakul, 1 C kezdeti töltőárammal töltve. A cella a töltés alatt hideg marad. A teljes feltöltöttséget jelzi, ha a feszültség a felső, tartási határértéken marad, miközben a töltőáram a kezdeti érték 3%-a alá csökken. A töltőáram növelése a Li-ion töltőnél nem sokkal rövidíti le a töltési időt. Bár hamarabb érjük el a feszültségcsúcsot, az utána következő záró töltés hosszabb lesz.
Ha a blogcikk elolvasása után is maradt esetleg kérdések az akkumulátorokról és töltésekről, keresd nyugodtan műszaki kollégáinkat a Kapcsolat oldal alatt és szívesen válaszolnak a felmerülő kérdésekre.
