Силові NiCd акумулятори
NICd (нікель-кадмієві) акумулятори використовуються для живлення електродвигунів на радіокерованих моделях. Вони коштують недешево і, щоб продовжити термін їх служби і повністю використовувати ємність, з ними треба правильно поводитися.
NiCd — перші акумулятори, що знайшли застосування в електромоделях. Електродвигуни, що призводять моделі в рух, споживають досить великі струми. Спочатку такі струми могли забезпечити тільки NiCd батареї. І сьогодні вони є єдиним і незамінним джерелом енергії для багатьох електромоделях.
Одні з найбільш часто використовуваних в моделізмі NiCd елементів мають діаметр 22 мм і довжину 42 мм, їх максимальна ємність становить 2400 мА/год. Типові розрядні струми, на яких використовуються подібні акумулятори — 20-40 ампер. Звичайно, вибір силових акумуляторів цим не обмежується. Вони бувають самих різних розмірів і ємностей.
Світовим лідером у виробництві NiCd елементів, здатних віддавати великі струми, є фірма Sanyo. Аналогічні NiCd акумулятори також виробляють фірми Panasonic і Varta.
Вибір акумуляторів
Складно назвати конкретні акумулятори, які підійдуть до вашої моделі. Тому тут будуть наведені лише загальні принципи вибору.
- Якщо говорити про вибір виробника, то Sanyo безсумнівно має ряд переваг за якістю роботи. У порівнянні з іншими виробниками, акумулятори Sanyo мають менший внутрішній опір, велику віддачу, повільніше старіють і менше гріються.
- Акумулятори для батареї повинні бути підібрані по ємності. Інакше батарея прослужить помітно менше, ніж могла б, та й віддача буде поменше.
- Якщо все-таки важливо витягти побільше ємності, то ціна може відійти на другий план. Потрібно вибирати акумулятори виходячи з того, яку ємність вони будуть віддавати на заданому навантаженні, і тільки потім дивитися на співідношення ємність/ціна. Тут можливі досить кумедні ситуації. Якщо подивитися банки Sanyo в форм-факторі АА на 800 мА/год і 1000 мА/год, то при струмі 10 ампер банки на 800 мА/год видадуть більше ємності, хоча коштують вони дешевше. Ця ситуація взята з авіамодельної практики, коли використовується популярний мотор Speed 400 зі стандартним пропелером, без редуктора.
- Якщо важливо отримувати від акумуляторів ще більше, то їх починають селектувати не тільки по ємності, але і за напругою. Вибирають ті банки, які мають максимальну напругу. Це десь на 0.05 вольта більше, ніж для стандартного випадку.
- Нарешті, щоб витягувати з банок все до останнього, їх спеціально обробляють по «Zap»-технології, і тільки потім селектують за ємністю і напругою. Але це необхідно тільки для дуже серйозного спорту. Тому що ціна таких банок зростає вдвічі. Для того, щоб зробити 27-баночну батарею для планера F5B, спортсмени можуть перебрати 2000 банок.
Пайка
Ви, звичайно, можете купити готову батарею, але багато моделістів віддають перевагу придбанню комплектів селектованих і неспаянних елементів (зазвичай це обходиться дешевше). Пайка особливих труднощів не викликає, але треба врахувати кілька моментів, щоб не викликати пошкодження акумулятора та домогтися високої якості з'єднань. І, звичайно ж, ви повинні володіти деякими навичками пайки, щоб не зіпсувати акумулятори.
Взаємне розташування елементів в батареї може бути різним, і визначається тільки формою акумуляторного відсіку моделі. Наприклад, якщо мова йде про автомоделі, для якої потрібно батарея з 6 банок, то тут можливі 2 конфігурації:
- З'єднання банок торцями по 3 штуки, в 2 ряди
- Розташування банок пліч-о-пліч і з'єднання сусідніх банок перемичками
При самостійній збірці елементи найчастіше розташовуються другим способом, так як пайка в цьому випадку найбільш проста.
Весь процес можна розбити на кілька етапів.
- Потрібно придбати всі необхідні інструменти (як мінімум паяльник, припій, флюс і перемички). Паяльник повинен бути потужністю 40-60 ват, а ще краще — 100 ват з обмеженням по температурі. Припій можна використовувати ПОС61, а як флюс — 30-50% ортофосфорну кислоту. Якщо немає фірмових перемичок, то можна використовувати мідну опльотку від екранованого проводу, перетином не менше 2.5 кв. мм.
- Обов'язково підготуйте акумулятори та перемички перед пайкою. Акумулятори потрібно розрядити і очистити від бруду. Після цього всі поверхні для пайки необхідно залудити. Зверніть увагу, що лудити потрібно не всю поверхню, а тільки місця пайки.
- Покладіть акумулятори в ряд так, щоб їх полюси чергувалися, і подрівняйте. В місцях торкання елементів нанесіть ціакріновий гель. Коли клей засохне, переверніть ряд з акумуляторів на іншу сторону і повторіть операцію. Термоклеєм користуватися не рекомендується, тому що при нагріванні акумуляторів він розм'якшується і втрачає міцність.
- Тепер, коли акумулятори зафіксовані, можна приступити до пайки. Оскільки акумулятори в місцях пайки та перемички вже залужені, проблем виникнути не повинно. Припій в місці пайки повинен бути гладеньким. Якщо олово виглядає каламутним, то, можливо, вам не вистачило потужності паяльника, або ж ви вирішили обійтися без флюсу. Якість з'єднання при цьому залишається під великим питанням.
- Коли елементи з'єднані між собою, залишається припаяти дроти з роз'ємом, або контакти з тих же перемичок, на випадок, якщо ви забажаєте на змаганнях обходитися без роз'ємів. У другому випадку такі контакти будуть рятувати акумулятори від перегріву паяльником.
- Після завершення пайки необхідно змити залишки флюсу щіткою, змоченою у воді або спирті (в залежності від того, який флюс застосовувався).
При спайці елементів дуже зручно використовувати збірну опалубку у вигляді коробки за габаритами батареї, виготовлену з листового текстоліту або подібного матеріалу. Її можна зробити самому або купити.
Якщо вже мова зайшла про пайку батарей, потрібно згадати і спосіб пайки акумуляторів встик, без використання перемичок.
По-перше, перед тим як йти на таке, десять разів подумайте, треба воно вам чи ні. Виграш по опору починає позначатися при струмах 70-100 ампер, а таке буває, як правило, тільки на спортивних моделях (наприклад, на планерах F5B). У більшості ж випадків струми акумуляторів не перевищують 40 ампер. Пам'ятайте також, що якщо ви спаяли акумулятори встик без перемичок, то ви не зможете потім розібрати батарею, якщо це знадобиться (наприклад, щоб замінити банку, яка вийшла з ладу).
При пайці акумуляторів встик необхідно використовувати спеціальну насадку на паяльник у вигляді молотка, діаметром 12-15 мм і довжиною 30-40 мм. Для вирівнювання банок можна використовувати алюмінієвий куточок. З елементів можна знімати «сорочки», залишаючи тільки колечко у позитивного полюса (на 27-банковій батареї це економить близько 10 грам ваги). На позитивні полюси також робляться ізолюючі прокладки з отвором в центрі. Вони захистять акумулятор від бризок олова при пайці.
Торці банок необхідно залудити. Потім банки прогрівають, вставивши між ними «молоток». Після цього паяльник виймають, а акумулятори швидко замикають.
Затягувати батарею в термоусадочну плівку чи ні — вирішувати вам. Взагалі, таке обтягування дещо погіршує тепловідвід, тому, скажімо, на «класичних» 6-банкових батареях її намагаються не використовувати, тим більше, що ускладнюється доступ до окремих елементів для індивідуального розряду. Але якщо мова йде про велику кількість банок і економії ваги (відмова від використання циакріну), то без обтягування вже ніяк не обійтися.
Заряд
Зарядка силових акумуляторів відрізняється від зарядки звичайних. Якщо звичайні, як правило, заряджають струмом 0.1С (де С — ємність акумулятора), то для силових батарей потрібно струм заряду 1.5С-2.5С. На заряд простих батарей йде 10-14 годин. Силові акумулятори заряджаються 20-40 хвилин. Природно, що і зарядні пристрої використовуються інші. Відповідно, їх називаються «повільними» і «швидкими».
Механізм швидкої зарядки акумуляторів відрізняється від звичайного. В кінці зарядки напруга на елементі відносно швидко зростає, а потім починає знижуватися.
1. Акумулятор розряджений, напруга менше 0.4 вольта.
2. Швидка зарядка.
3. Дозарядження слабким постійним струмом.
4. Зарядний пристрій відключено.
За піку напруги зарядники і визначають, що процес швидкої зарядки пора перервати. Найчастіше після цього проводиться другий короткий цикл заряду, для більш повного накачування батареї.
Величина піку може трохи варіюватися в залежності від виробника. Наприклад, фірма Sanyo рекомендує величину спаду напруги з розрахунком на одну банку приблизно 10 мілівольт від піку напруги.
Увага! У будь-якому випадку температура батареї при заряді не повинна бути вище 45 градусів.
Діапазон цін на швидкі зарядникі коливається від 20 до кількох тисяч доларів. Все залежить від функціональних можливостей:
- кількості одночасно установлених батарей
- мінімальної і максимальної кількості банок в батареї, яке підтримується зарядником
- можливості регулювання струму заряду і діапазону його зміни
- наявності індикатора і різних режимів заряду
- наявності розрядника
Звичайно, тут перераховані далеко не всі критерії, і багато також буде залежати від фірми-виробника. Якщо ви хочете максимально використовувати ємність своїх батарей, то доведеться розщедритися на нормальний комп'ютерний зарядник, з регульованим струмом і бажано з розрядником. Ну, а якщо різниця в кілька відсотків ємності для вас не принципова, то можна буде обійтися і більш дешевими зарядними пристроями. Найбільш якісні і відомі моделі зарядников пропонують фірми Robbe, Graupner і Schulze.
Існують різні модифікації алгоритмів швидкого заряду, які, по ідеї, повинні приводити до більш повної зарядки батарей. Однак на практиці кінцевий ефект настільки неочевидний, що заглиблюватися в такі тонкощі немає сенсу. Запам'ятайте лише, що при роботі з батареєю варто завжди забезпечувати її повний цикл заряду/розряду. Тоді ваш акумулятор прослужить довше.
Розряд
Після того, як батарея відпрацювала, її обов'язково потрібно розрядити. Якщо цього не зробити і відразу перейти до зарядки, то у акумуляторів стане проявлятися ефект пам'яті. Це виражається в тому, що напруга на банках при заряді трохи підвищується, а реальна ємність падає.
Якщо ваш зарядний пристрій не має вбудованого розрядника, то можна скористатися лампочкою розжарювання (або декількома) на 12В і ток 3-20 ампер. Лампу необхідно відключити, коли спіраль буде ледве тліти. Якщо цього не зробити і чекати «до переможного кінця», то є ризик, що через розкид ємностей деякі елементи батареї виявляться трохи реверсованими (злегка зарядженими в зворотній полярності). Взагалі кажучи, можна купити спеціальний розрядник, який автоматично відключить навантаження в потрібний момент.
Для ще більш повної розрядки можна рекомендувати доразрядити кожен елемент окремо через кремнієвий діод і резистор номіналом 50-100 Ом. На ринку пропонуються готові пристрої, які підключаються до кожного елементу батареї, і розряджають їх до кінця.
Нюанси експлуатації
При нормальній експлуатації з акумуляторами можна поводитися дуже вільно, але коли мова йде про змагання, часто буває необхідно витягти з батареї все до останнього. В цьому випадку акумулятори вимагають набагато більш акуратного і дбайливого ставлення. Різниця в енерговіддачі становить всього кілька відсотків, але часом від цього залежить перемога в змаганні.
Ті, хто використовує NiCd батареї, знають, що в початковий момент акумулятор має підвищену напругу, особливо в першу хвилину роботи, яка поступово приходить в норму. Якщо батарею заряджати великим струмом, то акумулятор буде видавати підвищену напругу довше, хоча загальний час віддачі енергії скоротиться. І навпаки, якщо заряджати меншим струмом, то акумулятор буде віддавати енергію більш рівномірно, а загальний час роботи трохи збільшиться.
На практиці це означає, що в залежності від режиму експлуатації можна підбирати оптимальний зарядний струм батарей. Наприклад, тим, хто їздить в класі Stock, є сенс заряджати акумулятори максимальним струмом (5 ампер). Ну а тим, хто їздить в класі Modified, можливо, буде корисно заряджати батареї повільніше.
Ніколи не ганяйте батарею до самого кінця (поки мотор не перестане крутитися). При цьому ви можете розрядити деякі елементи в батареї до їх переполюсовки. Ніколи не допускайте різких перепадів температур батареї. Так, після розряду акумулятори можуть нагрітися, що їх буде важко тримати в руках. Але це не привід використовувати для охолодження воду або холодильник. Краще скористатися невеликим вентилятором і почекати півгодини або годинку. Це, звичайно, не швидко, але батарея прослужить набагато довше.
Існує думка, що для того, щоб отримувати максимум енергії з NiCd батарей, бажано робити між робочими циклами перерви хоча б в 24 години (батарея відпочиває, приблизно як гумомотор). Правда, справедливості заради, треба сказати, що у різних людей думки тут розходяться, і результати виходять самі різні (у кого-то приріст ємності виходить, а у кого-то ні).
Зберігання
NiCd батареї треба зберігати в розрядженому стані. Найкраще підключити ланцюжок з діодіка і резистора на кожну банку, щоб обмежити напругу на рівні 0,5-0,7 В на елемент. Це також сприяє вирівнюванню характеристик елементів, з яких складається батарея.
Після тривалого зберігання батареї необхідно прогнати 2-3 циклу заряд/розряд струмом 3-5 А, щоб вона увійшла в робочий режим і працювала з повною віддачею.
Висновок
Напевно, після прочитання цієї статті ви вже приблизно зрозуміли, що собою представляють силові акумулятори та як з ними поводитися. Підводячи підсумок, можна сказати, що, експлуатуючи акумулятори, немає сенсу зайве ускладнювати своє життя. Звичайно, коли мова йде про спорт, і тим більше про світові рекорди, то до експлуатації батарей треба підходити з усією серйозністю.
Ну, а якщо ви використовуєте батарею, щоб покатати автомодель раз в тиждень по галявині перед будинком, то багато нюансів можна і опустити. В цьому випадку зарядник можна взяти простіше, розряд проводити за допомогою лампи розжарювання (без індивідуального розряду кожної банки).
І ще один момент, що стосується утилізації використаних акумуляторів. Справа в тому, що кадмій, який міститься в NiCd елементах, по токсичності не поступається ртуті. Тому у всіх цивілізованих країнах є пункти прийому таких батарей, а вартість переробки відразу включається в ціну акумуляторів. Більш того, у багатьох місцях заборонено використовувати NiCd-елементи, які не включені в загальну програму утилізації (на яких відсутнє спеціальне маркування).
