TECHNOLOGIE ZASILANIA ELEKTRONARZĘDZI Z AKUMULATORÓW LITOWO-JONOWYCH (CZĘŚĆ I)
W niniejszym cyklu artykułów zajmiemy się metodami zwiększania mocy akumulatorów litowo-jonowych, a faktycznie elektronarzędzi bezprzewodowych, korzystając z przykładu rozwiązań stosowanych przez Metabo. W pierwszym artykule naszego cyklu Paweł Ozga, specjalista ds. szkoleń i pokazów w Metabo Polska, opowie o podstawach teoretycznych takich metod.
Mówiąc o akumulatorach litowo-jonowych (Li-Ion), mamy na myśli baterie, w których źródłem prądu są wielokrotnie ładowalne ogniwa litowo-jonowe. – Faktycznie rodzaj stosowanych ogniw określa typ akumulatora – informuje Paweł Ozga. I tak na rynku elektronarzędzi dostępne są jeszcze wycofywane z użycia akumulatory niklowo-kadmowe (NiCD) i niklowo-wodorkowe (NiMH), którymi nie będziemy się tu zajmować, mające odpowiednio ogniwa niklowo-kadmowe lub niklowo-wodorkowe. Każdy akumulator litowo-jonowy składa się z połączonych ze sobą ogniw, styków wewnętrznych i zewnętrznych, elektroniki optymalizującej pracę oraz obudowy. Ogniwo litowo-jonowe (Li-Ion) stosowane do zasilania elektronarzędzi ma kształt walca i zawiera elektrody wykonane z porowatego węgla (ujemna) i tlenków metali (dodatnia). Zanurzone są one w elektrolicie ze złożonych chemicznie soli litowych rozpuszczonych w mieszaninie organicznych substancji. Napięcie ogniwa (Li-Ion) stosowanego do zasilania elektronarzędzi wynosi 3,6 V. Dla porównania podajemy, że w przypadku ogniw NiCD i NiMH jego wartość to 1,2 V. Ogniwa Li-Ion pozwalają więc na skumulowanie w akumulatorach 2–3 razy więcej energii niż jest to możliwe np. bateriach NiMH o tym samym ciężarze i gabarytach, przy czym nie występują w nich efekty pamięci oraz leniwej baterii. Akumulatory Li-Ion możemy zatem w dowolnym momencie ładować bez ryzyka zmniejszenia ich pojemności. Samorozładowanie ogniw Li-Ion jest procesem bardzo wolnym, jego szybkość w zależności od jakości ogniwa wynosi 0,5–3%/miesiąc (dla porównania – dla ogniw NiMH to 25–33%/miesiąc). Podstawową wadą ogniw Li-Ion jest ich nieodporność na wysoką temperaturę, która może doprowadzić do ich zapalenia się. Powodem tego jest wysoka reaktywność chemiczna (łatwopalność) litu, który w powietrzu pali się sam, tworząc tlenki. Kolejnymi istotnymi wadami tych ogniw jest duża wrażliwość na głębokie rozładowanie oraz przeładowanie. Dlatego praca ogniw Li-Ion musi być kontrolowana przez elektronikę, której zadaniem jest nie dopuścić do ich przegrzania, nadmiernego rozładowania i przeładowania. Np. wadliwie działająca elektronika, która niedostatecznie chroniła baterie Li-Ion przed zbyt wysoką temperaturą, zapewne była przyczyną zapalania się telefonów komórkowych.
Metabo stosuje wysokiej jakości elektronikę Ultra-M, która nie tylko optymalizuje pracę ogniw Li-Ion, ale także inteligentnie zarządza działaniem elektronarzędzia oraz ładowarki, jak i komunikuje akumulator litowo-jonowy z tymi urządzeniami. – Informuje ona też za pomocą 4-diodowych wyświetlaczy zamontowanych w bateriach o ilości dostępnej energii – dodaje Paweł Ozga. – Pozwala to użytkownikom elektronarzędzi na optymalne wybranie momentu ładowania akumulatorów.
Ogniwa w akumulatorze Li-Ion łączy się szeregowo i/lub równolegle. – Przez ich połączenie szeregowe zwiększa się napięcie baterii, zaś równoległe – jej pojemność – informuje Paweł Ozga.
O technice akumulatorowego zasilnia elektronarzędzi opowiada Paweł Ozga, specjalista ds. szkoleń i pokazów w Metabo Polska
– Mówiąc dokładniej, napięcie baterii to nic innego jak suma napięć poszczególnych ogniw połączonych szeregowo, zaś jej pojemność to suma ich pojemności w połączeniu równoległym. W praktyce równolegle łączy się tzw. pakiety, w których ogniwa są połączone szeregowo. Pojemność pakietu jest równa pojemności nominalnej ogniwa. Zaś akumulatora – sumie pojemności połączonych równolegle poszczególnych pakietów. Producenci elektronarzędzi w swoich akumulatorach stosują ogniwa o wspomnianym napięciu 3,6 V i różnej pojemności. Np. Metabo w swoim systemie zasilnia Li-Power wykorzystuje ogniwa o pojemności 2,6 Ah, zaś w wysokoprądowym LiHD – 3,1 Ah. Pojemność wyrażana w amperogodzinach (Ah), obok napięcia prądu podawanego w woltach (V), jest kluczowym parametrem każdej baterii informującym o maksymalnej ilości gromadzonej w niej energii. Im jest jej więcej, czyli im większa pojemność akumulatora, tym dłużej możemy pracować maszyną na jednym cyklu jego pracy. Ważną wielkością charakteryzującą akumulator jest jego wartość energetyczna. Podaje się ją w watogodzinach i oblicza, mnożąc napięcie baterii przez jej pojemność (Wh = V x Ah).
Jak już wspomnieliśmy, ogniwa Li-Ion są bardzo wrażliwe wysoką temperaturę. Przyczyną jej powstawania jest ich oporność wewnętrzna, która zwiększa się wraz ze wzrostem pojemności. – Zatem z ogniwa o mniejszej pojemności można pobierać prądy o większym natężeniu bez ryzyka jego zniszczenia, gdyż nie powodują one zbyt dużego wzrostu temperatury baterii – stwierdza Paweł Ozga. – Dlatego dla ogniw Li-Ion określono maksymalną bezpieczną wartość prądu ich rozładowania. I tak np. dla ogniw Li-Ion stosowanych przez Metabo w systemie zasilania Li-Power wynosi ona 22–23 A i w przypadku 2-pakietowej baterii 18 V/5,2 Ah ma wielkość 45–46 A. Dla wysokoprądowych ogniw Metabo LiHD bezpieczna wartość prądu rozładowania wynosi 30 A, co w przypadku baterii 18 V/6,2 Ah oznacza możliwość uzyskania 60 A (krótkotrwały prąd rozładowania może osiągnąć nawet 100 A).
Nieco upraszczając, można więc stwierdzić, że gdy maksymalna bezpieczna wartość natężenia prądu zostanie przekroczona, elektronika baterii, aby nie dopuścić do niebezpiecznego przegrzania ogniw Li-Ion, ogranicza jego pobór albo w przypadkach skrajnych (za wysokiego obciążenia) natychmiast odcina zasilanie od elektronarzędzia. – To zjawisko użytkownik postrzega jako przerwanie jego zasilania – dodaje Paweł Ozga.
Ostatnim zagadnieniem, które chcemy tu poruszyć, jest moc akumulatora Li-Ion, którą bezpiecznie możemy z niego uzyskać, tzn. bez ryzyka zniszczenia jego ogniw. – Ma ona kluczowe znaczenie dla efektywności pracy elektronarzędzia bezprzewodowego. Jak wiadomo, jeśli mamy do dyspozycji więcej mocy, to możemy wydajniej pracować maszyną. Moc akumulatora to nic innego jak iloczyn natężenia i napięcia pobieranego z niego prądu. To proste równanie jest podstawą wszystkich metod zwiększania mocy akumulatorów litowo-jonowych, które będą omawiane w następnych odcinkach naszego cyklu – konkluduje Paweł Ozga.
Wszystko piękne i ładne. W mojej baterii 18V 4AH wysiadła elektronika i nigdzie nie można jej kupić.
Może Firma Metabo zadba wzorem Makity i wypuści do sprzedaży także same akumulatorki i sterowania elektroniczne tych baterii.
Pozdrawiam
Metabo udziela na akumulatory Li-Ion 3-letniej gwarancji, więc może ona obejmuje Pana akumulator? Niemiecka firma oferuje bardzo dobre baterie, więc nie powinno być z nimi problemów, o ile są prawidłowo eksploatowane. Może rozwiązać problem pomoże Panu firma, w której zakupił Pan sprzęt Metabo. Serdecznie pozdrawiamy. portalnarzedzi.pl
Pytanie a jeśli ktoś ma wiecej niż 3 lata baterie (akumulatorki dobre )elektronika pada w nich to co ma zrobić na złom wywalić – makicie pomogli ale dzięki technice niemieckiej metabo to bubel mam z 6 baterii i to samo elektronika padnięta na chińskich stronach są po 60 zł a dla czego tu w kraju brak ?????
Proponujemy skontaktować się z serwisem Metabo. Mamy za mało danych, aby sensownie odnieść się do tych uwag. Sami używamy sprzętu Metabo od wielu lat i wszystkie akumulatory są sprawne, a mają teraz po 5-6 lat. Może więc jest jakiś inny problem, nie po stronie Metabo, a po stronie użytkownika, np. złe przechowywanie akumulatorów itp.