Céčka a vnitřní odpor Li-Po baterií
Jeden můj kamarád mě upozornil na velmi pěkný článek, který se zabývá LiPo bateriema a jejich vlastnostma. Ten článek mě opravdu hodně zaujal a přestože je to spousta strohého textu bez obrázků, bylo to opravdu velmi zajímavé čtení. Kontaktoval jsem tedy autora článku a po jeho svolení jsem článek upravil pro lepší čtení do češtiny (původní je slovenský), aby se zdejším návštěvníkům lépe četl...
Přeložený článek
Asi před rokem jsme s mým bratrem Miroslavem (MiOr) uskutečnili několik měření vlastností lipolek. Tehdy jsem ještě měřák Ri neměl, měření byly zaměřené spíše na kapacitní charakteristiky a chování článků během vybíjení vyššími proudy. Měřili jsme napětí článků, rozdíly mezi nimi, nárůst teploty a vypočítali kapacitu článků. Zjistili jsme, že největší "záhul" dostávají články těsně před vybitím. Do té doby se články příliš nehřejou (jejich vnitřní odpor Ri je malý), články jsou srovnané (rozdíly napětí jednotlivých článků jsou malé) a vybíjecí charakteristika je plochá (napětí článků s postupem vybíjení klesá jen pomalu). Ale potom, těsně před vyčerpáním energie lipolky, nastanou "fofry". Teplota baterie náhle vzroste (vnitřní odpor Ri rapidně stoupne), články se "rozhodí" (rozdíly napětí jednotlivých článků se z milivoltů v průběhu několika sekund změní až na půl Voltu) a celkové napětí baterie prudce klesne. Přitom se některé články propadnou pod nebezpečnou hranici 3 Voltů na článek.

Tato ztráta energie je tak prudká a tak náhlá, že jsme výpočty dospěli k zjištění, že od zaregistrování poklesu výkonu motoru do přistání zůstává velmi málo času. Tak málo, že když jsem s motorovým modelem např. 300m daleko a nemám dostatečnou výšku, nejsem schopný se s modelem vrátit a bezpečně přistát. A že jsem při tom odepsal LiPolku, na to radši ani nemyslim.

Právě výsledky těchto měření mě přesvědčily, že telemetrie není jen frajeřina a zbytečnost. A kdo věří tomu, že je to zbytečnost, tak potom této zbytečnosti podlehli v JETI se svým Duplexem, v HITECu s jejich Aurorou, ve FUTABĚ s jejich právě dovyvíjenou soupravou atd. A za rok nebo dva uvidíme, kdo všechno podlehl této pandemické frajeřině a zbytečnosti.

Ale zpět k vnitřnímu odporu Ri. Náboj dodávaný do baterie během nabíjení ukazuje každá nabíječka, která má displej. Ale vnitřní odpor článků zobrazuje jen několik "vyvolených". Z toho by se mohlo zdát, že to není důležitý parametr. Že je to jinak, se teď pokusím dokázat.

Když si vybírám LiPolku, zajímají mě následující údaje: Počet článků (napětí baterie), kapacita (schopnost uchovávat el. energii) a samozřejmě tzv. Céčka. Počet "C" udává, jaký proud může baterie dodávat. Například baterie 1500mAh, 20C může dodávat proud až 30 Ampér. Ale tohle není přesné. Je třeba upřesnit, že je to proud, při kterém napětí baterie (anebo článku) neklesne o víc jak 10%. Protože baterku můžeme zatížit i více Céčky (větším proudem), ale výstupní napětí může  být už nepoužitelně nízké. A navíc se budou články nadměrně přehřívat, protože vyvíjené teplo je úměrné druhé mocnině proudu. To všechno zkracuje životnost LiPolky.

Takže o důležitosti Céček nikdo nepochybuje, ale nad Ri každý jen mávne rukou. Ale ono je to přesně naopak. Vnitřní odpor Ri je prvotní, Céčka jsou druhotné. Anebo jinak:  Ri je příčina, Céčka jsou důsledek. Protože výrobce LiPolek zjistí hodnotu Ri použitých článků a potom vypočítá a vyznačí odpovídající hodnotu "C". Výpočet je následující:

Číslo 0,37 je 10% z nominálního napětí jednoho LiPol článku (3,7 Voltu), Ri je vnitřní odpor  jednoho článku v Ohmech, Kapacita je udávaná v Ah (Ampérhodiny).

No, teorie je to pěkná, vzoreček je fajn, ale dá se to nějak prakticky využít? Pokusme se o to. Jedna z otázek zní: Existuje přímá souvislost mezi Kapacitou a vnitřním odporem Ri? Ne, není. Jsou to dvě nezávislé veličiny. Někdo může oponovat tvrzením, že LiPolka, které po roce stoupl Ri, v modelu tolik nevydrží a má tedy menší kapacitu. Ale pravda může být jiná. Kapacita klesnout nemusela, ale na větším Ri je větší úbytek napětí, takže regulátor dostává nižší napětí, začne dříve omezovat anebo vypínat motor a výsledný dojem je, že baterii klesla kapacita.

Druhá otázka zní: Proč je dobré měřit vnitřní odpor jednotlivých článků? V této otázce je i kousek odpovědi. V tom, že je dobré občas změřit Ri jednotlivých článků baterie. Jestli jsou všechny články stejné, protože baterie je tak "slabá", jak slabý je její nejslabší článek. Můžeme mít na LiPolce napsané 30C, ale jak má jeden z článků velký Ri, celá baterka se jeví, jako by měla sotva 10C. Dalším důvodem pro měření Ri je skutečnost, že ten se během života LiPolky mění. Bohužel, směrem nahoru. Toto je jeden z důvodů, proč baterie rychle stárne a vydrží poměrně málo cyklů. Postupem času se totiž dostává do jakési "spirály smrti". Je všeobecně známé, že LiPolce škodí přetěžování (přehřívání zevnitř), totiž zatěžování většími proudy, než odpovídá součin Kapacity a "Céček". Jenže vlivem stárnutí (chemických reakcí) vnitřní odpor článků Ri narůstá. Ale to vlastně znamená, že "Céčka" klesají. Jenže modelář LiPolku zatěžuje stále stejně - jako by byla stále nová. V konečném důsledku to znamená, že LiPolku zatěžujeme stejným proudem a v začátku je to přiměřené. Potom vlivem používání a stárnutí mírně stoupne Ri (mírně klesne C) a už LiPolku mírně přetěžujeme. Ta se nám za to odmění zkrácením životnosti a dalším nárůstem Ri (poklesem C). A když odebíráme stále ten samý proud, pak už LiPolku přetěžujeme celkem výrazně, což má za následek výrazné zkrácení životnosti, výrazný nárůst Ri (výrazný pokles C) a když odebíráme stále stejný proud..... Zkrátka spirála smrti.

K čemu by teda mělo sloužit měření Ri? Poprvé ke zjištění, zda jsou všechny články baterie stejně dobré (anebo zlé). A podruhé k postupnému přeřazení LiPolky z extraligy až po vesnickou divizi. Postupným snižováním nároků na proudový odběr (jak postupně narůstá Ri a klesají Céčka) je možné prodloužit životnost baterie a vyrovnat se ze zklamání z podezřele krátké životnosti LiPolek.

Jako přílohu k tomuto článku přikládám jednoduchý program pro počítač, který na základě hodnoty Ri zobrazí příslušná Céčka (a naopak), případně ze zadaných Céček vypočítá maximální odebíratelný proud. Ze zadané kapacity baterie zobrazí čas, během kterého je možné odebírat daný proud (doba běhu motoru).

V mnoha našich předcházejících úvahách anebo výpočtech jsme předpokládali, že baterie mají stále stejná Céčka, jak je to na nich napsané. Ale že to tak není, o tom pojednává právě tento článek. Jaké Céčka vaše LiPolky skutečně mají, můžete jednoduše zjistit i bez speciálních přístrojů a to tak, jak to popisuje článek Zistenie skutočných Céčok batérie bez špeciálnych prístrojov. Pro běžného modeláře je tohle zřejmě nejlevnější a nejschůdnější cesta, jak zjistit "kondici" pohonných baterií, přestože na našem webu uvádíme i návod na výrobu měřiče vnitřního odporu LiPol baterií.

Původní článek: Céčka a vnútorný odpor LiPo akumulátorov