вторник, 22 апреля 2014 г.

Магия вуду: как оживить аккумулятор.

Уже в очередной раз приносят аккумулятор: ой, не заряжается, зарядка пишет, что что-то там не так. Что именно пишет сообщить затрудняются, но отказывается заряжать - факт.

Что же не так в аккумуляторах, что они внезапно отказывают? Как их оживить?

Чуток нудной теории: устройство, параметры и режимы зарядки аккумуляторов (крайне упрощенно). Ну а потом - простая магия вуду по оживлению покойников.

Схема аккумулятора


Как видно, аккумулятор это не просто единая монолитная штукенция с выводами, а состоящая из нескольких отдельных элементов батарея. Элементы могут быть включены и параллельно, и параллельно последовательно, но в страйкболе (и не только там) чаще встречаются именно последовательно соединенные элементы (иногда, для увеличения емкости батареи элементы заменяют параллельно соединенными парами-тройками элементов).
К соединениям элементов внутри батареи также припаяны провода, которые выводятся на разъем балансировки. Эта гадкая хвостатость нужна для того, чтобы "умная" зарядка могла балансировать батарею. О том, что это и зачем нужно - чуть позже.
Второй разъем (или первый - он все-таки главнее) - это разъем, которым аккумулятор подключается к приводу (или другому потребителю электричества).

Параметры аккумуляторов.

Основными параметрами являются напряжение, емкость и отдаваемый ток. Есть еще и внутреннее сопротивление, но это уже чересчур для данной статьи. В любом случае, в зависимости от вида аккумуляторов их параметры отличаются.

Напряжения.

Есть три "критичных" напряжения у одного и того же элемента:
  • Номинальное напряжение (то, которое на нём написано) - это то напряжение, которое для него в среднем является нормальным. Как правило, эти цифирки весьма абстрактны и мало что значат, т.е. применяются больше для маркировки. Основные напряжения для литиевых аккумуляторов следующие:
    • LiFePo4 (литий-нанофосфат и пр. названия) - 3.3в (встречаются с маркировкой 3.2в);
    • Li-Ion - 3.6в;
    • Li-Polimer - 3.7в - эти аккумуляторы иногда маркируются и как 3.6в в сотовых;
  • Максимальное напряжение - напряжение полностью заряженного аккумулятора:
    • LiFePo4 - 3.6в;
    • Li-Ion - 4.1в;
    • Li-Pol - 4.2в;
  • Минимальное напряжение - это напряжение, ниже которого банки разряжать КАТЕГОРИЧЕСКИ НЕ РЕКОМЕНДУЕТСЯ. И это не шутка, именно переразряд литиевые батареи терпеть не могут:
    • LiFePo4 - 2-2.5в (на самом деле лучше до этого не доводить, он и так перестает отдавать ток при напряжении ниже 2.8в);
    • Li-Ion и Li-Pol - 3в.
Еще раз подчеркну: разряд ниже минимального является СМЕРТЕЛЬНЫМ в большинстве случаев и никак не лечится. Исключением является (как и в случае с человеками) немедленное искусственное дыхание рот-в-жопу проведение зарядки. Причем, чем быстрее пытаемся зарядить, тем выше вероятность оживить.
Если разряженный ниже предела аккум положить на недельку- месяц, то вероятность оживить падает до долей процента. Она есть, но мне оживить никак не удавалось. Был один аккум, который после двух месяцев глубокого разряда зарядился, но разрядился после этого он за пару часов и второй раз уже не повелся на зарядку.

Частые напряжения для LiFePo4 батареи  это 9.9в (три элемента) и в редких случаях 13.2В (четыре элемента). Для Li-Pol это 7.4в (два элемента) и 11.1в (три элемента).

Емкость.

Это количество электрической энергии, которая помещается в аккумуляторе. Измеряется в ампер-часах. Если емкость, к примеру, 1 Ампер-час, то такой аккумулятор разрядится за 1 час током 1 Ампер. Соответственно, чем выше емкость, тем на дольше его хватит при том же разрядном токе.
Если лезть чуть детально в дебри, то надо смотреть не Ампер-часы, а Ватт-часы, так как это уже не абстрактная токовая характеристика, а именно мощностная, напрямую связанная с работой…. упс, увлёкся физикой.
Ватт-часы считаются грубо как емкость х номинальное напряжение. Приближенно можно сравнивать нужно именно ватт-часы аккумуляторов, а не их емкости. Хорош теории по емкости, там еще ток остался.

Ток разряда.

Ток разряда определяет "мощь и силу" аккумулятора. Это максимальный ток, который этот аккумулятор может отдавать без вреда для себя долгое время. Один из критичных для страйкбола параметров.
Модельные аккумуляторы (чаще всего Li-Pol, как имеющие намиеньший вес)  обычно имеют маркировку типа 10С, 15C, 20С и т.п. число с буквой С после. Это означает, что аккумулятор с маркировкой 10C может отдавать ток в 10 раз превышающий его емкость. То есть если емкость 1 Ач. и токоотдача 10С, то ток разряда - 10А. Чем больше цифра перед С, тем больше подходит аккумулятор для страйкбола, так как стартовые токи у мотора очень даже велики.


Режимы зарядки аккумуляторов

В зависимости от типа аккумулятора режимы заряда отличаются:

  • LiFePo4 - заряжаются постоянным напряжением с постоянным током. То есть как мы указали зарядный ток, так он до конца зарядки и держится. Типичный ток заряда - от 1 до 5 (у хороших аккумов до 10) емкостей аккумулятора. То есть время быстрого заряда занимает считанные минуты для отличных аккумуляторов, либо 10-15 минут для обычного.
  • Li-Ion и Li-Pol заряжаются одинаково - вначале постоянным током до максимального напряжения, потом поддерживается это максимальное напряжение, пока ток заряда не упадёт до 3% от начального. Обычно ток заряда зависит от конструкции аккумулятора. В норме - 0.5-1 х емкость аккумулятора. Время заряда - около 3 часов.
Вывод из этих режимов простой: нельзя заряжать литиевые аккумуляторы теми же зарядниками, которые  используются для стоковых никель-металгидридных аккумуляторов приводов. Обязательно нужна специализированная (или универсальная) зарядка, умеющая заряжать нужный тип аккумулятора.

Причем, даже в случае специализированных зарядок хорошо бы заряжать не наобум (до максимального напряжения батареи), а с умом.
Все дело в том, что аккумуляторы подключены последовательно, поэтому разряд идет сразу от всех элементов батареи. Если какой-то один элемент батареи отличается по своим свойствам (в силу разброса параметров при производстве), то он может недополучить заряд, а отдавать его прийдется вместе со всеми. То есть велика вероятность переразрядить одну из ячеек батареи и финал такого действа будет печальным - смерть ячейки в батарее. Если, конечно, не усложнить процедуру заряда.

Балансировка.

Хитрый режим зарядки, при котором производится жесткий контроль до какого напряжения зарядилась каждая банка называется балансировкой. Умная зарядка заряжает батарею до максимального напряжения на любом из элементов батареи штатным режимом зарядки, а потом начинает хитро "доливать" заряд в индивидуальные элементы так, чтобы под нагрузкой их напряжение было одинаково. Это позволяет с достаточной точностью зарядить все элементы, снизив риск переразряда.

Режимы разряда аккумуляторов.

Кроме того, что есть максимальный ток разряда, есть еще такой феномен, как изменение напряжения на батарее с разрядом этой батареи.
То есть, подключив батарею заряженную до ее максимального напряжения и разрядив её, мы увидим падение напряжения на этой батарее. Разные типы батарей ведут себя несколько по-разному:
  • LiFePo4 - при разряде напряжение быстро падает до номинальных 3.2-3.3в и держится таким практически до полного исчерпания заряда, причем в конце напряжение падает очень резко и заметно: вот привод весело стрекочет и вдруг скорострельность резко падает, очередь как-бы затухает. В этот момент надо отсоединить батарею от привода и побороть искушение подождать и еще пострелять (финт сработает, но усугубив ситуацию можно словить переразряд).
  • Li-Ion, Li-Pol - напряжение спадает плавно и незаметно, в конце привод просто отказывается стрелять - отдаваемого тока не хватает на взведение поршня.
Соответственно, более качественная токоотдача у LiFePo4 аккумуляторов, которые держат номинал до победного.

Что делать когда умная зарядка не хочет заряжать аккумулятор

Итак, считаем что физически аккумулятор не поврежден - нет обрывов проводов внутри, однако зарядник не начинает заряд. Это частая проблема с умными зарядками, когда одна из ячеек переразряжена. Зарядка смотрит на батарею и не может понять почему напряжение такое маленькое, подозревает ошибку пользователя или дохлую батарею и отказывается заряжать.
Решение простое.
  1. Переключиться в режим заряда Ni-MH или Ni-Cd аккумуляторов и задать ток примерно в 0.5 А. 
  2. Как только напряжение батареи уверенно превысит минимальное для вашего аккумулятора останавливаем заряд.
  3. Переключаемся в Li-Po (или Li-Fe, в зависимости от аккумулятора) режим и заряжаем штатно.
Если не пошло опять - то без тестера не обойтись. Зарядка с контролем ручками: надо включить заряд в Ni-* режим и заряжать, контролируя напряжения элементов тестером на разъеме балансировки. Наша задача - дождаться превышения минимума на самом больном элементе и не допустить перезаряда на остальных. После этого переключаемся на Li-* и заряжаем штатно.
Если тестер показывает, что заряд не идёт, или при попытке заряда зарядка пишет No connection - то скорее всего сделать уже ничего не удасться.

Выводы.

Li-Ion в чистом виде выбывает из состязания, так как громоздок и его нет на нужные токи. Остаются лишь два претендента: LiFePo4 и Li-Polymer.

Лично для себя я выбрал LiFePo4 по целому ряду причин:
  1. отличные токовые характеристики (30С);
  2. прочный конструктив (снаружи металлический корпус);
  3. быстрый заряд (балансируются хорошие ячейки тоже быстро);
  4. высокая вероятность оживления при переразряде (частенько удавалось оживить казалось бы невосстановимые ячейки);
  5. живучесть (моя вторая батарея все еще со мной, четыре года использования);
  6. простота обслуживания и ремонта - их можно паять паяльником, если натренироваться (Li-Pol только сваркой и они хлипкие);
  7. отлично переносит мороз;
  8. возможность покупки хороших элементов у китайцев занедорого.
Разумеется, у Li-Po тоже есть свои плюсы:
  1. бОльшая удельная емкость (то есть аккум на ту же емкость меньше и легче, чем LiFePo4);
  2. большой выбор типоразмеров (есть привода, куда LiFePo4 просто не втиснуть),
  3. достаточно большой выбор у китайцев (хотя и лотерея по качеству).