Úvod

    Vývoj akumulátorů s velkou energetickou hustotou a velkými vybíjecími proudy modelářství ve velké míře ovlivnil. Velká většina RC modelů je dnes poháněna akumulátory a jen malá část profesionálních RC modelů stále používá spalovací motory. Akumulátory jsou dnes levnější, bezpečnější, dostupnější a výkonnější.

Rozdělení akumulátorů

    Akumulátory rozdělujeme podle jejich chemického složení. Největší a nejtěžší jsou olověné akumulátory (Pb) používané v modelech lodí. V levných a malých modelech aut a lodí se setkáte s nikelmetalhydridovými (NiMH) nebo Niklkadmiovými (NiCD) akumulátory. Ty se velmi podobají nabíjecím tužkovým akumulátorem. Ve většině modelů se dnes ale používají dva typy lithiových akumulátorů, a to lithium-iontové (Li-ion) a lithium polymerové (LiPo). Lithium-iontové pohonné akumulátory bývají většinou složeny z více válcovitých článků velikosti 18650, lithium polymerové pak z podélných tenkých článků různých velikostí.

Lithiové akumulátory

    Lithiové akumulátory se od ostatních odlišují energetickou hustotou, kterou mají oproti jiným akumulátorem několika násobně větší. Na grafu je zobrazena objemová (volumetric) a také hmotnostní (gravimetric) energetická hustota jednotlivých typů akumulátorů. Zkratka za názvem akumulátoru označuje zpracování akumulátoru, "C" označuje články válcovitého a "V" plochého tvaru. Je zřejmé, že lithiové akumulátory jsou populární právě kvůli těmto bezkonkurenčním vlastnostem. Hmotnostní a objemovou hustotu mají ze všech typů akumulátorů největší. U modelů letadel a multikoptér kde je každý ušetřený gram cenný se už s jinými typy akumulátorů ani nepotkáte.

Vlastnosti akumulátorů

    Vlastnosti lithiových akumulátorů jsou kromě chemického složení definováno čtyřmi důležitými parametry (tyto se používají i při akumulátorech s jiným chemickým složením). Při koupi budete akumulátor vybírat právě podle nich.

Počet článků

    Počet článků definuje počet jednotlivých lithiových článků ze kterých se akumulátor skládá. Tyto články jsou zapojeny do série (celkové napětí je součtem napětí všech článků) a na některých akumulátorech jejich i můžete vidět z boční strany. Jeden článek má vždy nominální napětí 3.7V (LiPo) a 3.6 / 3.7V (Li-Ion).

Kapacita

    Kapacita akumulátoru je vyjádřena v miliampérhodinách (mAh). Kapacita akumulátoru časem a nabíjecími cykly postupně klesá.

Parametry "C"

    Při lithiových akumulátorů jsou velmi důležité dva údaje označené písmenem "C". Prvním z nich je maximální vybíjecí proud. Na akumulátoru bývá zapsán dvěma čísly s lomítkem a písmenem "C" a jeho dekódování je velmi jednoduché. Na obrázku výše je akumulátor s hodnotami 30C a 60C. První popisuje maximální kontinuální vybíjecí proud a v tomto případě bude 30 krát kapacita akumulátoru, tedy 30 ∙ 2700 = 81 000mA = 81A. Druhá hodnota označuje maximální krátkodobý proud (např. Při prudkém zrychlení otáček motoru), v tomto případě to bude 162A.

    Druhým údajem je maximální nabíjecí proud. Na akumulátoru může být také označen dvěma čísly. První je obvykle "1" a druhé je o něco větší. Jeho výpočet je stejný jako při vybíjecím proudu. Pro náš akumulátor bude vhodný nabíjecí proud od 2.7 po 5.4A.

Vnitřní odpor

    Vnitřní odpor na akumulátoru zapsán nebývá a stoupá s věkem akumulátoru. Při nákupu nového akumulátoru se jím nemusíte příliš zabývat, protože ho do značné míry reprezentuje parametr "C" pro vybíjecí proud. Pro vnitřní odpor platí, že čím je větší, tak tím více výstupní napětí akumulátoru při zátěži poklesne a tím větší část energie v elektrickém obvodu vašeho modelu se v akumulátoru přemění na teplo. Pozorovat to můžete na starších akumulátorech s nimiž bude výkon modelu kvůli poklesu napětí menší a akumulátor bude po létě mnohem teplejší než nový. Některé multifunkční nabíječky umí změřit vnitřní odpor každého článku.

Správné používání lithiových akumulátorů

    Každý typ akumulátoru má své kladné a záporné vlastnosti. Lithiové akumulátory jsou lehké a schopné být vybíjeny vysokými proudy. Na druhé straně jejich provozováni vyžaduje hodně obezřetnosti.

Nabíjení

    Lithiové akumulátory se musí nabíjet výlučně nabíječkami k tomu určenými programy s balancováním (balance charge). Jejich nabíjecí proces se skládá ze dvou částí. V první nabíječka nabíjí všechny články najednou zvoleným nabíjecím proudem přes silový konektor (např. XT60). Ve druhé části už jsou jednotlivé články skoro nabité a nabíječka je vybalansuje přes balanční konektor malým proudem (0.1 - 0.3A) a nabije tak na koncové napětí. Během celého nabíjení nabíječka monitoruje napětí článků a v případě jakéhokoliv problému nabíjení bezpečně přeruší.
    Maximální nabíjecí napětí lithiových akumulátorů na článek je 4.1V (Li-Ion s nominálním napětím 3.6V), 4.2V (běžné LiPo a Li-Ion s nominálním napětím 3.7V) a některé akumulátory s označením HV (high voltage) lze nabíjet až na 4.35V. Při nich se ale třeba obzvlášť pečlivě řídit pokyny výrobce. Napětí nabitého akumulátoru tedy vypočítáte tak, že vynásobíte napětí nabitého článku počtem článků akumulátoru. V případě našeho akumulátoru to bude 4.2V ∙ 3 = 12.6V.
    Při nabíjení je rovněž důležité nabíjet akumulátor správným proudem. Nabíjecí proud hodnoty 1C se obecně považuje za ideální, ten bude v případě našeho akumulátoru 2.7A. Akumulátor můžete nabíjet i většími proudy povolenými výrobcem (pro vybraný akumulátor 2C = 5.4A), no třeba počítat s tím, že se akumulátor při nich bude více opotřebovávat. Pokud víte, že půjdete s modelem ven v předstihu, tak je určitě lepší a šetrnější akumulátory nabít pomaleji.
    Nabíjecí proud přímo ovlivňuje čas nabíjení, ten se tak dá snadno vypočítat. V případě vybitého akumulátoru stačí vydělit jeho kapacitu nabíjecím proudem (2700mAh / 2700 m = 1 hod.). Ze vztahu si můžete všimnout, že jakýkoliv lithiový akumulátor byste nabili proudem 1C za cca. jednu hodinu (nějaký čas ještě zabere balancování). Běžně ale akumulátor nikdy nevybijete úplně a nabíjení jakéhokoliv lithiového akumulátoru dobrou nabíječkou a proudem 1C zabere většinou 35 - 50 minut.
    Přebití akumulátoru může mít fatální následky! Akumulátor se začne přehřívat a nafukovat se. V extrémních případech se může porušit obal článků a akumulátor začne kouřit až hořet. Lithiové akumulátory proto nikdy nenabíjejte bez dozoru! I ta nejlepší nabíječka se může kdykoliv pokazit a následky mohou být katastrofální.

Vybíjení

    Odebíráním energie z lithiového akumulátoru klesá jeho napětí. Podle napětí článku se proto dá při lithiových akumulátorech odhadnout jeho zbývající kapacita. Na obrázku je znázorněna vybíjecí křivka LiPo akumulátoru. Pokles napětí není konstantní a největší je na začátku a konci vybíjení.

    Lithiové akumulátory třeba přestat vybíjet při určitém napětí. To je ale ovlivněno vybíjecím proudem, který způsobuje pokles napětí. Minimálně vhodné napětí pro ukončení vybíjení šetrné k akumulátoru je 3.5V na článek bez zátěže. Při letu tedy akumulátor může mít kvůli odebíranému proudu napětí 3.3V na článek a po přistání jeho napětí stoupne na 3.5V. Přesná hodnota napětí bude záviset na použitém akumulátoru a modelu.

    Akumulátory samozřejmě můžete vybíjet více a méně. Čím bude toto napětí vyšší, tím lépší to bude pro životnost akumulátoru. Při větším vybíjení je třeba ještě jednou podívat na vybíjecí křivku. V jejím závěru je pokles velmi strmý, to znamená, že vybitím článku o 0.1V více k dobru z akumulátoru vytáhnete možná pár procent jeho kapacity. Naopak velmi riskujete, že akumulátor podvybijete, protože pokles napětí může být tak velký, že se s modelem ani nestihnete vrátit zpět.

    Podvybití akumulátoru je stejně špatné jako přebití. Při odebírání posledních miliampér z akumulátoru velmi poklesne jeho celkové napětí a také napětí jednotlivých článků. Ještě horší je, že každý článek v akumulátoru je trošku odlišný a má trošku jiný vnitřní odpor. Výsledkem toho bude, že se každý vybije na jiné napětí a takový akumulátor nabíječka označí jako vadný a nedovolí ho zpět nabít. Podvybité akumulátory se dají zachránit, ale každým takovým podvybití snižujete jejich kapacitu a životnost. Pár desítek sekund letu nebo jízdy za to ale určitě nestojí.

    V modelech je dobré používat regulátory s ochranou podvybití akumulátoru a také malé LiPo alarmy. Ty vás na pokles napětí upozorní hlasitým pípáním a vy tak budete vědět, kdy je vhodné létání nebo jízdu ukončit.

Skladování
    Kromě nabíjení a vybíjení je důležité lithiové akumulátory i správně skladovat, pokud je neplánujete déle používat. Správné skladovací napětí je 3.8 - 3.85V na článek při LiPo akumulátorech a 3.7 - 3.8V při Li-Ion akumulátorech. Většina lepších nabíječek má na skladování samostatný nabíjecí/vybíjecí mód ve kterém jednotlivé články akumulátoru vybalancuje na skladovací napětí.
    Nejšetrnější je akumulátor vždy po létání dát na nabíječku a nabít pomocí takového programu na skladovací napětí. Pokud máte nabité akumulátory a víte, že půjdete o den, dva jezdit nebo létat, tak je to v pořádku. Li-Ion akumulátory snášejí špatné zacházení o něco lépe než LiPo, ty nikdy neskladujte nabité více než týden a určitě ne během zimní přestávky !!! Nabité LiPo akumulátory rychle degradují. Začnou se nafukovat, ztrácet svou kapacitu a jejich používání není bezpečné. Li-Ion akumulátory se díky tomu používají jako akumulátory do vysílaček, kde jsou delší dobu skladovány nabité, ale pokud chcete prodloužit jejich životnost, tak je dobré dodržovat stejné doporučení jako pro LiPo akumulátory.

Další rady a doporučení

    Aby toho nebylo málo, tak lithiové akumulátory jsou velmi citlivé i na mechanické poškození. Akumulátory s ochraným obalem jsou všechny Li-Ion články 18650 a některé LiPo akumulátory do modelů aut, které bývají umísťovány do odolných plastových obalů. Naopak letecké akumulátory se umísťují s cílem ušetřit hmotnost pouze do smršťovacích fólií. Právě tyto jsou pak náchylné na poškození, což může být např. deformace tvaru (při nárazu, pádu) a porušení obalu akumulátoru. U obou se mohou s velkou pravděpodobností poškodit vnitřní vrstvy akumulátoru a v jeho nitru okamžitě nastane zkrat, akumulátor může začít kouřit a rovněž se vznítit. V modelech aut proto raději používejte akumulátory doporučené výrobcem, popřípadě jejich ekvivalenty. Akumulátor v modelech letadel by měl být umístěn na bezpečném místě v trupu. Určitě není dobrý nápad umístit jej na špatné místo ve snaze vyvážit model nevhodným akumulátorem.

    Lithiové akumulátory jsou nebezpečné a proto je důležité nabíjet / vybíjet je na nehořlavých plochách a pod dozorem. Vhodnou investicí je rovněž nehořlavá taška na akumulátory, ve které můžete akumulátory skladovat a také nabíjet.

    Mým doporučením je najít si jeden systém a podle něj se o všechny akumulátory starat. Velmi důležité to je když máte akumulátorů více a můžete snadno ztratit přehled o jejich napětí. Já akumulátory vždy nabíjím těsně před létáním a po návratu domů všechny na nabíječce vybalansujem na skladovací napětí. Během letu sleduji napětí na telemetrii, nebo mám v modelu LiPo alarm.

    Lithiové akumulátory mají tzv. paměťový efekt související s jejich chemickým složením. Znamená to, že správně i nesprávně zacházení s nimi se projeví na jejich kondici a životnosti. Věnovat jim adekvátní pozornost se proto určitě vyplatí.

Likvidace

    Po uplynutí životnosti je dobré lithiové akumulátory pomalu vybít na nabíječce a poté vložit do slané vody. Slaná voda pomalu vybije zbytky energie v akumulátoru a takový akumulátor můžete hodit do boxů na sběr starých baterií. Vždy se na konci zkontrolujte, zda je akumulátor vybitý a nikdy nevyhazujte nevybitý akumulátor!!! Ten může snadno způsobit požár!!! Pokud nevíte akumulátor bezpečně zlikvidovat sami, vždy ho raději předejte někomu zkušenějšímu.

Závěr

    I když to možná tak z článku vyznívá, lithiové akumulátory nejsou nášlapné miny a pokud dodržíte pár základních doporučení, tak si naplno vychutnáte jejich dobré vlastnosti, pro které se těší oblibě celé modelářské komunity.

Videa

Zdroje obrázků

https://www.epectec.com/batteries/cell-comparison.html

https://vdr.one/everything-you-need-to-know-about-lipo-batteries/

https://diydrones.com/forum/topics/lowest-safe-voltage-per-cell-on-lipo