Akumulatorki NiCd i NiMH – moje obserwacje z eksploatacji

Wśród modelarzy krąży sporo niepochlebnych opinii na temat akumulatorków NiCd i NiMH. Najwięcej narzekania jest na spore samorozładowanie i krótką żywotność. W szczególności dotyczy to zasilania nadajników, ponieważ odbiorniki w modelach z napędem elektrycznym najczęściej zasilane są z pakietu li-po. Podobnie niektórzy czynią właśnie z zasilaniem nadajników. Do tego celu produkowane są specjalne pakiety li-po. Niektóre zawierają nawet przetwornicę, która obniża napięcie świeżo naładowanego pakietu do bezpiecznej dla nadajnika wartości. Każde z rozwiązań ma wady i zalety. Główną wadą lipoli jest sposób ich ładowania i wynikające z tego zagrożenia. Proste ładowarki ładują powoli. Szybsze są niestety sporo droższe.

Jeśli używamy dużo lipolków, w tym o większych pojemnościach, zakup droższej ładowarki jest  uzasadniony. Jeśli latamy wyłącznie spalinami – nie jest już tak słodko. Ja latam głównie spalinami więc pewną, niewielką ilość lipolków używam wyłącznie do modeli ESA i wystarcza mi najprostsza, tania ładowarka z balanserem, natomiast większość ogniw jakie używam do pozostałych modeli to NiMH.

O wadach ogniw NiMH wspomniałem już na wstępie. Czy mają jakieś zalety? Są cięższe a cenowo nie odbiegają specjalnie od lipoli więc zachwycać się bardzo nie ma czym. Mimo to naprawdę dobrej jakości ogniwa, traktowane w odpowiedni sposób potrafią służyć zaskakująco długo. Jedną z większych zalet takich ogniw jest w czasie pracy długie utrzymywanie napięcia na podobnym poziomie. Co to oznacza w praktyce? Jeśli nadajnik zasygnalizuje nam obniżenie się napięcia poniżej bezpiecznej wartości, nie musimy lądować na łeb na szyję. Zakładając, że ogniwa są sprawne, z dużym zapasem wystarczy energii na spokojne podejście do lądowania.

Druga zaleta to tradycyjne napięcia do zasilania nadajników i odbiorników w modelach spalinowych. I chyba najważniejsza z zalet to powszechna dostępność. Nie trzeba zamawiać w modelarskich sklepach, płacić za przesyłkę niemal tyle, co za pakiet, tylko idzie się do pobliskiego sklepu i wybiera. A jest w czym i niekoniecznie jest to niższa półka.

Eksploatuję ogniwa NiCd  około 35 lat a NiMH odkąd się tylko pojawiły w naszych sklepach. Głównie są to ogniwa wielkości AA czyli odpowiedniki baterii R6 oraz akumulatory do wkrętarek. Te ostatnie to głównie NiCd. Kilka niedobitków NiCd wielkości R6 jeszcze funkcjonuje u mnie w urządzeniach przenośnych. W modelarstwie natomiast, jak wspomniałem, z zasadowych używam wyłącznie NiMH zarówno wielkości AA jak i AAA. W sumie przerzuciłem te najbardziej znane firmy, między innymi Sanyo, Panasonic, Philips, Sony, Fuji, Varta, GP, Energizer, Duracell, Ansmann, oraz kilka mniej znanych jak First Line, Carrefour, Hi Watt i inne.

Z ich eksploatacji wyciągnąłem kilka wniosków, które tutaj przedstawię. Zaobserwowane na przestrzeni lat zjawisko, to niemal zupełny brak powiązania żywotności ogniw z producentem oraz partią zakupionych jednocześnie egzemplarzy. Napisałem niemal, gdyż wniosek ten w bardzo ograniczonym stopniu dotyczy akku firmy Sanyo. Tu muszę przyznać, że są to wyjątkowo żywotne akumulatory. Drugą ich wyjątkową zaletą jest bardzo małe samorozładowanie. Moje pakiety potrafią przeleżeć od jesieni do wiosny i bardzo dobrze trzymają napięcie, mierzone oczywiście pod obciążeniem.

Podobną zaletą potrafią wyróżniać się tanie akumulatory zupełnie nieznanych firm. Kupiłem kiedyś bardzo tanie akumulatorki, które tylko raz ukazały się w pobliskim markecie a spisują się rewelacyjnie już kilka lat. Podobnie potrafią zachowywać się inne krzaki. Przeciwieństwem bywają czasami akku znanych firm. Potrafi w pakiecie paść jedno ogniwo i cały pakiet idzie do innego przeznaczenia. Nie zaobserwowałem więc żadnej,  trwałej zależności od firmy i tak naprawdę zakup akumulatorków oprócz Sanyo w moim przypadku zawsze był loterią. Wiązało się to z pewnym ryzykiem. Nowy pakiet potrafił przysiadać stopniowo w ciągu sezonu i trzeba było sprawdzać na lotnisku jego kondycję.

Od pewnego czasu postępuję więc w następujący sposób:

• Pod koniec sezonu sprawdzam kolejno wszystkie używane pakiety.
• Jeśli któryś ma wyraźnie niższe parametry od pozostałych, kupuję na jego miejsce nową partię pięciu ogniw.
• Przeprowadzam wstępne formowanie, czyli trzykrotne naładowanie i rozładowanie.
• Zostawiam w pełni naładowane do nowego sezonu.
• Na początku sezonu sprawdzam, jak trzymają napięcie pod obciążeniem.
• Najlepsze egzemplarze lutuję w pakiet 4,8V a pozostający przeznaczam na zapas lub do innych celów.

Później traktuję tak wybrane akumulatorki tak, jak jest mi wygodniej. Czasem gdzieś przeczytam, czasem usłyszę, że niektórzy ładują pakiety co drugi czy co trzeci wyjazd na lotnisko aby nie były doładowywane. Później na lotnisku okazuje się, że po jednym locie trzeba do domu, bo serwa szaleją a ładowarki brak. Jeszcze gorzej, gdy tak się dzieje w locie. Czasami może to być interpretowane jako zakłócenia tyle, że nie chwilowe a raczej do samej ziemi.

Od pewnego incydentu mającego miejsce wiele lat temu, nigdy nie wybieram się na lotnisko bez ładowania pakietu nadajnika i odbiornika bezpośrednio przed lataniem. Roboty niewiele, za to przy takim postępowaniu mam na lotnisku zawsze spokojną głowę. Jeśli mam jakieś zakłócenia, to tylko na własnych palcach naciskających drążki. O zasięg też się nie martwię, bo w kombacie czy tradycyjnej akrobacji nie lata się dalej, niż 300 metrów.

Tak więc ładowanie przeprowadzam zawsze przed lotami. Jeśli jadę na lotnisko w ciągu tygodnia, ładuję je dzień wcześniej. W sobotę czy w niedzielę ładuję do południa tyle, ile zdążę przed wyjazdem na lotnisko. Zawsze prądem 0,1C lub 0,3C. Jak z tego wynika, moje akumulatorki ciągle są doładowywane bo nigdy nie są rozładowywane do minimalnego, dozwolonego napięcia. Czy boję się osławionego efektu pamięciowego? Raczej nie, ale o tym później. Oczywiście, od czasu do czasu sprawdzam ich kondycję. Pakiet odbiornika czy nadajnika ładuję do oporu a następnie na drugi dzień wymuszam pobór dwukrotnie większego prądu niż w czasie normalnej pracy.

Robię to przy pomocy odpowiednio dobranej żarówki – może to i prymitywne, ale za to proste i skuteczne. Dobry pakiet składający się z czterech cel po naładowaniu powinien mieć napięcie bez obciążenia ok. 5,6V. Z takiego pakietu wymuszam prąd ok. 0,5A. Jeśli napięcie pod obciążeniem w ciągu minuty utrzymuje się powyżej 5,0V, pakiet jest sprawny. Jeśli spadnie nieznacznie poniżej 5V i utrzymuje się z niewielką tendencją spadkową, pakiet idzie do formowania. Jeśli spadnie poniżej 4,8V – pakiet idzie do wymiany. Dobry pakiet służy mi przy takim traktowaniu (doładowywany dwa, trzy razy w tygodniu i formowany raz na rok albo wcale) około trzech sezonów.

Podobnie postępuję z pakietami do nadajników. Tu jest sprawa trochę prostsza, ponieważ szybkość zmiany napięcia pod obciążeniem na bieżąco monitoruję na wyświetlaczu. Mimo to czasem przeprowadzam test z większym obciążeniem. Dlaczego tak podkreślam, że pomiar napięcia robię przy obciążeniu? Tego typu ogniwa mają taką naturę, że większość z nich ma bez obciążenia napięcia podobne. Przy sprawnym ogniwie napięcie podczas obciążenia może spaść na przykład z 1,25 V do 1,21 V. Ogniwo padające może mieć napięcie bez obciążenia 1,25 V  a przy takim samym obciążeniu  0,8 V lub mniej.

Jakie zaobserwowałem bolączki akumulatorków?

Szybkie rozładowywanie się ogniwa przy obciążeniu

Często tak potrafi zachowywać się jedno ogniwo w pakiecie. Według mnie świadczy to tylko o gorszym egzemplarzu z danego miotu, skoro reszta była tak samo traktowana a są w porządku. Jeśli dzieje się tak z kilkoma ogniwami w pakiecie po sezonie, myślę, że są marnej jakości. Jeśli tak jest po kilku sezonach, po prostu się zużywają. Zgodnie z zaleceniami próbowałem często w takich przypadkach przeprowadzić powtórne formowanie poprzez kilkukrotne ładowanie i rozładowanie. W żadnym przypadku nie udało mi się takiego ogniwa przywrócić do sprawności. Wszystkie dosyć szybko łapią napięcie ale tracą je jeszcze szybciej.  Praktycznie oznacza to wyeliminowanie takich ogniw z dalszej eksploatacji.

Szybkie samorozładowanie czyli szybki spadek napięcia nieużywanego pakietu

Podobnie jak wyżej, najczęściej początkowo winowajcą bywa jedno ogniwo i żadna reanimacja raczej nie pomaga.

Zupełny brak napięcia nawet bez obciążenia

Efekt opisywany w literaturze jako zwarcia wewnętrzne. Zgodnie z zaleceniami, krótkie podłączenie takiego akumulatorka do kilkukrotnie większego napięcia z zasilacza lub do naładowanego kondensatora o dużej pojemności a następnie normalne ładowanie po takim zabiegu również nie skutkuje na dłuższą metę. Kilkakrotnie zdarzyło mi się, że po takich zabiegach ogniwo zdrowo się nagrzało i zupełnie przestawało się ładować.

Zaśniedziałe elektrody i długo utrzymujące się niższe napięcie

Przyczyną według opisów jest rozszczelnienie ogniwa. Efektem jest biało-bury nalot na kapselku plusowym a czasami też na minusowej elektrodzie. Skutkiem tego jest niemożność uzyskania pełnego napięcia nawet przy dłuższym niż normalne ładowaniu i jest to kolejny powód do utylizacji.

Przebiegunowanie ogniwa

Czasem w pakiecie trafi się słabsze ogniwo. Przy dużym poborze prądu z takiego pakietu, ogniwo to rozładuje się do zera, a wtedy jest ładowane przez płynący prąd ale łapie odwrotną polaryzację. Oczywiście po zaniku poboru prądu,  napięcie tego ogniwa odejmuje się od napięcia pakietu. Sprawia to wrażenie, że padniętych ogniw jest więcej. W takim wypadku należy sprawdzić miernikiem każde ogniwo w pakiecie i wyeliminować chore. Ponowne przebiegunowanie takiego ogniwa do prawidłowej polaryzacji również nie pomaga na dłuższą metę.

Efekt pamięciowy

Na ten temat krążą legendy. Niemal każde niedomaganie ogniw często interpretowane jest jako efekt pamięciowy. Tymczasem nie jest to aż tak groźne zjawisko w czasie eksploatacji, jak je często różne źródła przedstawiają. We wcześniej opisanych przypadkach napięcie świeżo naładowanego ale niedomagającego pakietu, spada pod obciążeniem dosyć szybko a po przekroczeniu pewnego progu nawet gwałtownie. W przypadku efektu pamięciowego jest trochę inaczej. W normalnym, w pełni sprawnym pakiecie napięcie w czasie poboru prądu spada, mówiąc w uproszczeniu, powoli i równomiernie aż do rozładowania maksymalnego. Dopiero po przekroczeniu pewnego progu, napięcie spada szybciej. Jeśli w pełni naładowany pakiet rozładujemy częściowo np. 1/3 pojemności i będziemy to powtarzać, pakiet zapamięta napięcie, do jakiego często zostaje rozładowywany. Po pewnym czasie zacznie osiągać to napięcie dużo szybciej.  Jednak po osiągnięciu tego progu, napięcie będzie spadać już dużo wolniej, czyli tak, jak w pakiecie sprawnym.  Jeśli urządzenie (w celu ochrony pakietu przed zbytnim rozładowaniem) posiada automatyczne wyłączenie a próg zadziałania będzie ustawiony zbyt wysoko, pakiet ten nie będzie przydatny bez ponownego formowania. Tak może się dziać z pakietem zasilającym odbiornik i jednocześnie silnik modelu. Odcięcie napięcia doprowadzanego do silnika elektrycznego będzie następował dużo szybciej niż przy nowym pakiecie. Odbiornik tymczasem będzie zasilany nadal i to raczej przez długi okres czasu.

Jak natomiast w takim przypadku wygląda sprawa nadajnika? Co się stanie, gdy napięcie szybko spadnie do takiego, z jakim wracamy z lotów? Jak już wspomniałem, moje pakiety zarówno w modelach jak i w nadajnikach są notorycznie doładowywane. Mimo to do tej pory nie miałem z nimi żadnego problemu. Oto jeden z przykładów. Przed jednymi z zawodów włączyłem dwa nadajniki dla sprawdzenia, po jakim czasie odezwie się sygnał nadmiernego rozładowania. Ostatnie formowanie (tak naprawdę dwukrotne rozładowanie poprzez włączenie nadajnika) było robione w poprzednim sezonie. Nadajniki nie były ładowane po ostatnich lotach i obydwa miały po 10,1-10,2V. Po godzinie każdy miał już tylko 9,6V. I takie napięcie utrzymywało się przez cztery (!!!) godziny. Po tym czasie zaczęło spadać około 0,1V na godzinę. Sygnał załącza się przy napięciu 9,2V więc jak widać, bać się nie ma czego. Naładowałem, pojechałem na zawody, przelatałem sześć lotów bez żadnych sensacji w powietrzu. Oczywiście bezruch czy poruszanie drążkami nie ma wpływu na pobór prądu przez nadajnik ale przez serwa w modelu jak najbardziej. Mimo to z akumulatorami odbiorników też nie działo się na zawodach nic niedobrego, mimo identycznego traktowania we wcześniejszym okresie.

Zachowanie akumulatorków w przykładzie, który przytoczyłem, wygląda na  typowy objaw efektu pamięciowego. Nie stanowi on tak dużego zagrożenia, jak inne przypadłości i według różnych źródeł, bardziej widoczny jest w ogniwach NiCd ale warto wiedzieć, z czym ma się do czynienia. Niektóre źródła podają, że efekt pamięciowy występuje głownie wtedy, kiedy rozładowanie za każdym razem jest identyczne a kilkuprocentowa różnica w poszczególnych cyklach efekt ten skutecznie osłabia. Wychodzi na to, że nie ma się czego bać, bo kto robi w każdym wypadzie na lotnisko identyczną ilość lotów identycznej długości?

Przy okazji taka dygresja. Często spotykam się z opiniami, że włączanie nadajnika na dłuższy czas ze złożoną anteną jest bardzo szkodliwe dla końcówki mocy i grozi jej uszkodzeniem. Wszystkie nadajniki, jakie posiadam (Simprop, Hitec, Graupner), ile razy włączam na dłuższy czas do rozładowania, lub podczas różnych prób w domu, zawsze mają anteny złożone. Po kilku godzinach moduł w.cz. w każdym z nich jest ledwo ciepły. Jak na razie nic im się nie stało z tego powodu. Oczywiście, nie namawiam nikogo do takich praktyk, ale myślę, że niejeden liczący się producent jednak przewidział takie postępowanie i odpowiednio sprzęt zabezpieczył.

Efekt leniwej baterii (akumulatora)

Jest chyba najłagodniejszą chorobą ogniw, przypisywaną głównie akumulatorom NiMH. Polega na tym, że ogniwo takie nie daje się naładować do aż tak wysokiego napięcia jak ogniwo sprawne a cały przebieg rozładowania przebiega przy napięciu niższym o powstałą różnicę. Efektem jest praktyczne skrócenie o niewielki procent, czasu pracy urządzenia, posiadającego układ odcięcia zasilenia, proporcjonalny do różnicy wspomnianych wyżej napięć wyjściowych. Efekt taki może wystąpić wskutek ładowania zbyt małym prądem (np. doładowywanie t/zw. prądem konserwującym ogniw zastosowanych jako zasilanie awaryjne).

Jakie wnioski wyciągnąłem z zabawy różnymi akumulatorkami przez lata?

1. Nie zawracać sobie głowy reanimowaniem padniętych ogniw przy dzisiejszych cenach. Jeśli możemy sobie na to pozwolić, wybierać należy akumulatorki sprawdzone, raczej dobrych firm. Tu może być pomocna rzetelna opinia kolegów, którzy nie zawiedli się przez dłuższy czas na konkretnych firmach.
2. Kupując tańsze akumulatorki na sztuki, kupić jeden lub dwa więcej. Najczęściej pada jedno ogniwo i cały pakiet robi bezużytecznym.
3. Nie przejmować się przesadnie efektem pamięciowym. Dobre akumulatorki od czasu do czasu porządnie rozładować i naładować.
4. Zawsze ładować pakiety bezpośrednio przed lotami a nie tydzień wcześniej. Nawet, jeśli mamy słabsze ogniwo w pakiecie, a jeszcze o nim nie wiemy, ładowanie bezpośrednio przed lotami zazwyczaj podniesie je na tyle, że nie spowoduje problemów. Po lotach nie ładować pakietów, jeśli mamy zamiar latać dopiero za tydzień lub dwa. Jeśli mamy jakieś ogniwo słabsze, przez ten czas ulegnie większemu samorozładowaniu.
5. Przed ładowaniem zawsze włączyć nadajnik i zasilanie modelu na kilka minut i od czasu do czasu poruszać serwami. Jeśli mamy jakieś padnięte ogniwo w którymś pakiecie, właśnie w tym momencie powinno się ujawnić. W nadajniku będzie widać wyraźnie nienaturalnie szybki spadek napięcia. Jeśli tak będzie w modelu, objawi się to nieregularnymi drganiami serw w neutrum lub dziwnym zachowaniem serw przy poruszaniu nadajnikiem. Jeśli wszystko gra, ładujemy pakiety i ze spokojną głową jedziemy na lotnisko.

A jak i czym ładować?

Różne źródła podają różne, czasem sprzeczne informacje o tym które ogniwa jaki prąd lubią lub nie. Jedne lubią prąd pulsujący, wyprostowany jedną diodą, inne prąd stały. Konstrukcje prostych ładowarek, które miałem okazję zbadać, potwierdzają te sprzeczności. Jedne mają transformator i prostownik dwupołówkowy, inne zamiast transformatora, tylko kondensator i opornik ograniczający napięcie a jako prostownik jedna dioda. Jeszcze inne, to małe przetwornice jak zasilacz PC-ta. I wszystkie dedykowane do tych samych rodzajów ogniw. Gdzie sens, gdzie logika a gdzie prawda?

Oczywistym jest, że najlepiej stosować porządną ładowarkę dobrej firmy. Co jednak zrobić, jeśli do wypadu na lotnisko trzeba przygotować dwa nadajniki i sześć modeli? Z nadajnikami nie ma problemu, wtyczkowe ładowarki z zestawu wystarczają w zupełności. Najczęściej mają dwa wyjścia, więc załatwiają jeden model i nadajnik.

Z pozostałymi modelami radzę sobie na różne sposoby. Czasem można trafić w markecie na wyprzedaży dosłownie za grosze ładowarki do starszych modeli telefonów. Niektóre mają napięcie lekko powyżej 6V więc bez problemu można uzyskać z nich odpowiedni prąd ładowania. Wystarczy wstawić odpowiedniej wartości opornik szeregowy na wyjściu napięcia ładującego, ograniczający prąd do 0,1C. Jak damy równolegle do tego opornika wyłącznik, uzyskamy przełączanie na szybsze ładowanie. Tak ładuję niektóre pakiety od kilku lat i nie zauważyłem na razie niepokojących objawów. Uważam, że jeśli pada jedno ogniwo w pakiecie po jednym sezonie, nie jest to wina sposobu ładowania, tylko po prostu było słabsze, szczególnie, jeśli inne sprawne pakiety tej samej firmy były ładowane tym samym wynalazkiem.

Niektórzy polecają stosowanie akku w wersji enelop. Nie bawiłem się nimi do tej pory z prostego powodu. W posiadanych nadajnikach nie mam na razie problemu z fabrycznymi pakietami. W modelach natomiast od pewnego czasu używam w większości najtańszych ogniw ze względu na narażanie ich niemal w każdym locie na uszkodzenia mechaniczne.

W warbirdzie nie ma dobrego miejsca na skuteczne ukrycie pakietu przed śmigłem APC drugiego modelu lub własnym serwem czy popychaczem przy uderzeniu w ziemię.

Ostatnio mam możliwość przetestowania ogniw NOSRAM VTEC AA-3000 UC2 Mignon będących w ofercie Modele.sklep.pl. Mają wyjątkowo niską cenę jak na taką pojemność (3000mAh) co może je uczynić wyjątkowo konkurencyjnymi w stosunku do wyrobów innych firm, jeśli okażą się dostatecznie trwałe. Ale na wyniki testów trzeba oczywiście poczekać przynajmniej do przyszłego sezonu.