NiCd – nikl-kadmium akumulátor

Hromadná výroba NiCd baterií je datována od poloviny 60.let 20.století. Mezi největší výhody článků s touto technologií jsou jejich vlastnosti při nízkých teplotách a mohou být dlouhodobě uloženy i při relativně nízkém napětí. Celkově poskytují velmi dobrou dlouhodobou životnost, což je řadí mezi velice ekonomické články. Mají nízký vnitřní odpor a současně mohou být vysoce proudové. Jejich využití najdeme nejčastěji ve starších typech akubaterií do nářadí, v nouzových osvětleních atd. Hlavní nevýhodou je jejich chemické složení, které díky přítomnosti vysoce toxického kadmia, již není v souladu s dnešních chápáním životního prostředí. Legislativa a právní předpisy výrazně omezují použití a dovoz NiCd na území EU. Jediné oblasti, kde je možno ještě NiCd uplatnit jsou přístroje používané ve zdravotnictví, v zabezpečovacích zařízeních, v nouzových osvětleních, pro vojenské účely. V oblasti baterií do nářadí je nahrazujeme NiMH technologií, která současně nabízí i vyšší kapacitu.

Výhody:

  • nízké samovybíjení
  • spolehlivost při nízkých teplotách
  • vysoké proudové zatížení
  • nenáročné na skladovatelnost

Nevýhody:

  • částečný paměťový efekt
  • škodlivost kadmia

Technický přehled:

  • Max nabíjecí napětí = 1,45V
  • Jmenovité napětí článku = 1,2V
  • Min vybíjecí napětí = 0,9V
  • Hustota energie: 40-60Wh/kg
  • Běžné je nabíjení proudem: 0,1-0,2C (násobek kapacity v mAh)
  • U zátěžových typů: až 2C rychlonabíjení

NiMH – nikl-metal hydrid akumulátor

Široce rozšířený akumulátor napříč odvětvími od spotřebitelského sektoru po průmyslové využití. Tato technologie byla vyvinuta jako ekologická náhrada za NiCd baterie, kdy kovová slitina nahrazuje toxické kadmium. Jejich největší výhodou je vyšší hustota energie, díky čemuž mají články vyšší kapacitu než NiCd. Články bývají označovány jako “tvrdé” , disponují vysokými vybíjecími i nabíjecími proudy. Články mohou být různě zaměřené: standartní, vysokoproudové, vysokokapacitní, vysokoteplotní, pro nepřetržité nabíjení nebo s nízkým samovybíjením. Mezi nevýhody můžeme řadit vyšší samovybíjení, NiMH baterii je třeba během nepoužívání častěji  (cca 1x z půl roku) nabíjet, nenechat ležet vybité. Klesne-li napětí článku pod cca 0,9V, obtížně se oživují. Je třeba je “nacyklovat”, opakovaně naplno nabít a vybít.

Výhody:

  • vyšší hustota energie
  • vyšší kapacita než NiCd
  • výkonnost
  • ekologie

Nevýhody:

  • vyšší samovybíjení
  • nenechat ležet vybité

Technický přehled:

  • Max nabíjecí napětí = 1,45V
  • Jmenovité napětí článku = 1,2V
  • Min vybíjecí napětí = 1,0V
  • Hustota energie: 60-120Wh/kg

Li-Ion  – lithium-ion akumulátory

V dnešní době široce rozšířený typ akumulátoru používaný v mnoha oblastech. Název zjednodušuje označení více typů baterií dle chemického složení např.: LiNiCoAlO2, LiNiMnCoO2, LiMn2O4, LiCoO2. Toto složení určuje, zda je článek vhodnější pro použití třeba v elektro automobilech, elektrokolech, elektrickém akunářadí nebo spotřební elektronice, počítačové technice nebo pro uchování solární energie atd. Baterie – ať už jednočlánek nebo bateriová sestava jakékoli konfigurace musí být elektronicky regulována. Této řídící jednotce se říká PCB ( PCM ) nebo také Battery Management System (BMS). Tento modul je propojen se všemi články (sériemi) sestavy a kontroluje jejich napětí během nabíjení i vybíjení, teplotu atd.

Výhody:

  • vysoká hustota energie
  • nízká hmotnost
  • široké spektrum použití

Nevýhody:

  • vysoké požadavky na kontrolu vybití
  • vysoké požadavky na manipulaci a bezpečnost

Technický přehled Li-Ion:

  • Max nabíjecí napětí = 4,25V
  • Jmenovité napětí článku = 3,7V
  • Min vybíjecí napětí = 2,5-2,7V
  • Hustota energie: 150 – 250 Wh/kg
  • Běžné je nabíjení proudem: 1C- 2C – 5C – 10C ( 1C = 1x nominální kapacita článku )
  • Běžné velikosti článku: válcový typ 18650 (18x65mm), 21700, 26650, 18500 atd.

LifePO4 – Lithium-železo-fosfátový akumulátor

Nová technologie vynalezena až v r.1996. Oproti rozšířené Li-Ion technologii ( v automobilech, elektrokolech atd. ) je mnohem bezpečnější. V případě zkratu, přehřátí a jiného nesprávného použití, dochází k havárii a zahoření článku až při extrémním přehřátí (800 °C a výše). Další výhodou je, že LiFePO4 disponuje vyššími vybíjecími proudy, takže je vhodná na použití do náročných odběrových aplikací. Širokému využití této technologie zatím brání nižší energetická hustota, která se promítá do nižší kapacity článků. Nicméně tato technologie se dnes široce používá jako úložiště energie ze solárních panelů, jako náhrada olověných baterií – zálohové baterie v karavanech, trakční pohonné cyklické baterie do různých typů motorů atp.

Výhody:

  • bezpečnost
  • vysoké proudy
  • nízká hmotnost
  • vysoká životnost >10 roků / 2000 cyklů
  • široké provozní teploty od -10 °C do 55 °C

Nevýhody:

  • nižší kapacita

Technický přehled LiFePO4:

  • Max nabíjecí napětí = 3,6V
  • Jmenovité napětí článku = 3,2V
  • Min vybíjecí napětí = 2,8V
  • Hustota energie: 90 Wh/kg

Kdy a jak nabíjet baterie

Počet nabíjecích cyklů je vedle způsobu skladování hlavním určujícím faktorem v životnosti baterie. Životnost baterie může být krátkodobá ( výdrž na jedno nabití ) nebo dlouhodobá ( v řádu měsíců a let). Množství nabíjecích cyklů se uvádí u Li-ion nebo NIMH cca 500-1000x, u NiCd až 1500x, u LiFePO4 až 2000x.

 

NiCd

  • vybíjet do dna
  • nabíjet naplno

Nejvíce pružný a odolný během zacházení je NiCd, nevadí mu skladování ve vybitém stavu, je odolný vůči hlubokému vybití nebo naopak přebití. Podle typů disponují vysokými proudy. Má vysoký teplotní rozsah, pracuje bez problémů v rozmezí teplot od -25 do +50st C. Před nabitím je vhodné akumulátor nejprve vybít na jeho minimální hodnotu. Největší předností je jeho životnost. Článek lze oživit tzv. cyklováním opakovaným plným nabitím a plným vybitím při použití nižších proudů.

 

NIMH

  • nenechat ležet vybité
  • nabíjet naplno

Pro NiMH technologii je nejvíce charakterizující výkonnost. Články jsou určeny pro časté použití, mohou dodávat relativně vysoké proudy. Mají dlouhou životnost, malé pořizovací náklady, možnost rychlonabíjení bez většího poškození. Nepracují ale dobře při nižších teplotách pod +5st C., články vykazují jakoby nižší napětí. Není určitě dobré nechat NiMH článek déle při nízkém napětí, články mají vyšší samovybíjení a obtížně se po té oživují, články už pak mají nižší kapacitu.

 

Li-Ion ( při používaní v sezoně )

  • nenechat ležet vybité 0%
  • po vybití nabít do 24hod
  • nabíjet podle potřeby nejlépe naplno 100%
  • možno nabíjet kdykoli ( žádný paměťový efekt )
  • vypínat baterii během nepoužívání
  • nenabíjet bez dozoru

Li-Ion ( při uskladnění mimo sezonu )

  • nabíjet baterii na 60-70%
  • hlídat napětí cca 1x za 3 měsíce
  • vypínat baterii během nepoužívání
  • vyjmout z elektrokola
  • uložit na suchém a chladném místě ( např. garáž )

Li-Ion akumulátor nabízí především vysoký výkon, disponuje vysokými nabíjecími i vybíjecími proudy,  nabízí vyšší kapacitu a současně si udržuje nízkou váhu. Je ale třeba jej nejvíce hlídat. Nikdy nenechávejte akumulátor zcela vybitý, PCB obvody také odebírají proud a klesne-li napětí článku v sestavě pod hraniční mez, BMS řídící elektronika baterii zablokuje a vypne. Typicky toto nastává po zimě, kdy během skladování a nepoužívání baterií ( třeba do nářadí nebo elektrokol ), jim klesne napětí pod hraniční mez. Proto baterii, pokud ji nepoužíváte, alespoň jednou za 3 měsíce nabijte. Nenechávejte ji zbytečně dlouho plně nabitou , plné nabití jí také neprospívá. Ideálně skladujte při střední hodnotě nabití v suchém prostředí při stabilní nižší teplotě cca +5 až +15st C. Vysoké teploty během skladování  také nejsou vhodné. Na druhou stranu články pracují v širokém rozmezí cca od -20 do +50st C. Paměťový efekt není žádný, není třeba nijak li-ion baterie oživovat, cyklovat atp. Li-ion baterie jsou z uvedených typů nejvíce nebezpečné, při zkratu nebo poškození vnějšího pláště článku hrozí výrazné nebezpečí požáru, který víceméně nelze uhasit a je třeba nechat článek “vyhořet”. Proto varujeme před jakoukoli neodbornou manipulací s bateriovou sestavou uvnitř originálního krytu.