Oct. 7, 2017

Baterije i punjači foto aparata

NiCd baterije

Najstarija živuća tehnologija punjivih baterija koja i danas postoji na tržištu su NiCd (nikal-kadmij, kombinacija metala na galvanskom članku) ćelije. Njihova najveća prednost je niska cijena, a osim toga omogućavaju i više struje punjenja i pražnjenja baterije (što za primjenu u fotoaparatima nije bitno, ali u industrijskoj primjeni je velika prednost). Napon jednog članka je oko 1.25 V, što je relativno blizu napona od 1.5 V kod jednokratnih baterija. Zbog toga se često koriste u velikom broju uređaja koji se napajaju baterijama.

Pune se punjačima sa konstantnom strujom punjenja, što znači da ih ne možete puniti na bilo kakvom adapteru bez nekog međusklopa koji bi prilagodio struju punjenja. Najbolje rješenje je ipak specijalni punjač predviđen za NiCd baterije, koji po mogućnosti ima i sklop koji će sam prekinuti punjenje u odgovarajućem trenutku. U principu se pune strujom koja iznosi 1C (npr. bateriju od 750 mAh punimo 1 sat pri struji od 750 mA), a postoje i verzije NiCd baterija koje omogućavaju punjenje strujama i do 3C ili 5C, što znači da ih je na odgovarajućim punjčima moguće napuniti za 20 min(3C) ili za samo 12min (5C).

Realni životni vijek NiCd baterija se kreće u rasponu od 1000-2000 punjenja/pražnjenja, naravno pod uvjetom da ih pravilno koristimo.

NiCd baterije imaju vrlo izražen memorijski efekt, koji diktira način njihovog korištenja. Zbog memorijskog efekta NiCd baterije je potrebno u potpunosti isprazniti prije ponovnog punjenja, jer bi se inače dogodilo da im se kapacitet trajno smanji. Memorijski efekt se donekle može poništiti posebnim tretmanom punjenja i pražnjenja baterija, ali ni on ga ne može u potpunosti ukloniti. Kod memorijskog efekta se radi o tome da baterije imaju “sposobnost pamćenja” korištenog kapaciteta, npr. ako neku bateriju više puta za redom iskoristite samo do pola kapaciteta ona će nakon par punjenja imati manji kapacitet. Proces je reverzibilan, moguće je vratiti baterijama stvarni kapacitet sa nekoliko ciklusa punjenje/pražnjenje sa punim kapacitetom. Čak postoje i punjači koji imaju tu mogućnost.

NiMH baterije

Tehnologija koja je nastala evolucijom NiCd baterija su NiMH (nikal metal-hibrid) baterije. Umjesto kadmija se u njima koristi posebni materijal čiji je elektrokemijski potencijal prema niklu isti kao i kod kadmija, ali je ekološki prihvatljiviji od kadmija i moguće je dobiti veći energijski kapacitet članka. Cijena proizvodnje ovih baterija je viša od NiCd, ali su im eksploatacijske karakteristike bolje. Također se proizvode u standardiziranim veličinama i oblicima kao i NiCd baterije, za čiju su zamjenu u principu i zamišljene.

Osim višeg kapaciteta ostale karakteristike su im vrlo slične, osim što je kod NiMH baterija memorijski efekt ćelije puno manje izražen. Krivulje punjenja i pražnjenja su slične kao i kod NiCd baterija, i također se pune strujama do 1C. Životni vijek im je u rasponu od 1500-2000 punjenja/pražnjenja.

NiMH baterije su za digitalne fotoaparate puno bolji izbor, i ako kupujete dodatne baterije standardnog oblika obavezno tražite NiMh baterije. One imaju veći kapacitet i, što je za digitalce posebno važno, manje strmu krivulju pražnjenja. To znači da ćete iskoristiti više energije prije nego napon baterija padne ispod minimalne dopuštene vrijednosti na kojoj aparat može raditi.

Li-Ion baterije

Li-Ion (litij ionske) baterije su svojom pojavom svakako donijele revoluciju u područje malih prijenosnih uređaja (mobitela, bežičnih slušalica, MP3 playera, fotoaparata). Baterije koje u novije vrijeme nudi Sony pod nazivom Li Info su tehnološki gotovo identične, drugačije ime je više stvar marketinga nego tehnoloških razlika. Velika prednost tehnologije litijevih baterija je u tome što Li-Ion baterije za isti energijski kapacitet imaju puno manju masu i obujam. Osim toga, Li-Ion bateriji se pri proizvodnji mogu dati vrlo različiti oblici, dok su Ni bazirane baterije iz konstrukcijskih razloga morale imati cilindrične ćelije. Zbog toga je moguće oblik i dimenzije baterija bolje prilagoditi potrebama uređaja koje napajaju.

Veliki napredak u odnosu na Ni bazirane baterije donosi i činjenica da je napon jedne LiIon ćelije 3.7 – 4.2 V, što znači da jedna LiIon ćelija može zamijeniti tri NiMH ili NiCd. To povećanje radnog napona izravno utječe na pouzdanost i jednostavniju elektroničku konstrukciju uređaja eliminirajući potrebu za radom na malom naponskom rasponu (što znatno komplicira elektroničku shemu uređaja).

Osim nabrojenih prednosti Li-Ion tehnologije postoje i razni nedostaci, koje proizvođači još uvijek pokušavaju riješiti. Najveći nedostatak je nemogućnost LiIon ćelije da se prazni ili puni većom strujom. Zbog toga se i vrijeme punjenja od 30-60 min ne s postojećom tehnologijom ne može dalje smanjivati. Razlog tome je relativno velika termička osjetljivost LiIon ćelija. Zbog te termičke osjetljivosti je i životni vijek LiIon baterija manji od NiMH baterija i kreće se u rasponu 300-500 ciklusa. Pošto litij kao bazni element ima u odnosu na ostale metale relativno nisku tempreturu zapaljenja takve baterije su potencijalno opasne ako struja punjenja postane prevelika ili punjenje ne prestane na vrijeme, te može doći do zapaljenja ćelije. Zbog toga se u sve komercijalne Li-Ion baterije ugrađuje poseban kontroler, koji osim zaštite ćelije kontrolira i punjenje baterije što pojednostavljuje konstrukciju (i snižava cijenu) punjača. Sam taj kontroler vrlo dobro minimizira nedostatke Li-Ion ćelija, ali istodobno im povećava proizvodnu cijenu.

Popravak Li-Ion baterija

Događa se da se litijeve baterije isprazne do te razine da se razvije elektronska barijera koja čak onemogućava ponovno punjenje baterije. Često je to posljedica potpunog pražnjenja baterije, koja duže vrijeme ostane prazna. Ako joj u tom periodu još i padne temperatura u ćelijama, npr. ako praznu bateriju korisnik ostavi nekoliko dana u hladnoj prostoriji, baterija se ne puni kada je spojimo na punjač. Naizgled, baterija je pokvarena i nema joj pomoći. Bar bi proizvođači htjeli da tako izgleda, jer ćemo onda kupiti novu bateriju. Ali bateriju je ipak moguće popraviti, mada malo ljudi zna za to.

Idealna situacija bi bila da posjedujete laboratorijski istosmjerni ispravljač kojemu možete ograničiti struju i napon (ili poznajete nekog elektroničara koji ga ima). Tada na izvoru postavite maksimalnu struju od 600 mA (max 750 mA), spojite bateriju pazeći na polaritet i lagano dižite napon sa 4V dok baterija ne provede struju. Postupak će možda trebati ponoviti, a znat ćete da ste uspjeli kada vidite da se baterija počela puniti na originalnom punjaču.

Čemu služi treći kontakt na LiIon baterijama?
Ako pažljivo pogledate, na bateriji ćete vidjeti oznake +, – i T (nekad L). Taj, najčešće srednji, izvod služi kao temperaturna zaštita pri punjenju baterije. Da bi se mogli proizvesti što jeftiniji punjači baterija bez složenije elektronike, baterija se najčešće puni preko tog trećeg izvoda (a ne preko + izvoda). Taj T izvod je jednostavno spojen sa + izvodom preko PTC termistora kojemu se otpor povećava kako raste temperatura ćelije. Nakon što se baterija napuni, punjač i dalje dovodi energiju koju baterija ne može apsorbirati i dolazi do zagrijavanja. Ako se zagrijavanje nastavi u nedogled baterija će eksplodirati. Tu uloga PTC termistora dolazi do izražaja – kada počne zagrijavanje baterije njegov otpor će rasti i postupno zaustaviti punjenje.

Ručno punjenje Li-Ion baterija
Ako nemate odgovarajući punjač za Li-Ion bateriju možete je napuniti i ručno pomoću regulacionog izvora napajanja. Li-Ion baterije se kao i olovni akumulatori mogu puniti s konstantnim naponom. Maksimalni dozvoljeni napon punjenja za 3,6V članak je 4,1V, a za 3,7V članak je 4,2V. Važno je napomenuti da viši naponi od navedenih nisu dozvoljeni zato što članci mogu eksplodirati na njima, niži naponi se mogu koristiti ali nije preporučljivo jer na svakih 0,1V manjeg napona gubimo oko 7% kapaciteta baterije. Poželjno je koristiti kvalitetan stabilizirani izvor napajanja i napon kontrolirati s što preciznijim voltmetrom koji ima pogrešku mjerenja manju od 1%.

Postupak:
Podesite napon na 4,1V ili na veći ako punite više članaka od jednom. Važno je podesiti i maksimalnu struju koja može proteći kroz članke. Uzima se 1C vrijednost što znači 1A za 1Ah kapaciteta. Ako punite s manjom strujom ništa loše se neće desiti osim što će punjenje duže trajati, 1C vrijednost je preporučljiva jer Li-Ion članci nisu pogodni za velike struje punjenja i pražnjenja. Kada ste sve podesili spojite bateriju na izvor napajanja. Može vam pomoći ovaj savjet za spajanje samo jednog članka. Ako je baterija prazna odmah će poteći max. podešena struja kroz članak. Kako se baterija puni tako će i napon rasti sve do podešenih 4,1V nakon čega struja počinje padati. Kada se smanji na 0,2x od podešene vrijednosti baterija se može smatrati punom. Nije problem ako baterija ostane duže spojena nakon što se napuni jer prepunjavanje nije moguće ako se koriste gore navedeni naponi.
Primjer:
Bateriju Canon NB-11L koja ima napon 3,6V i kapacitet 800mAh sam spojio na stabilizirani napon 4,2V i početna struja punjenja prazne baterije je bila oko 410mA. Kontrolirao sam napon na njoj tijekom punjenja i kad je narastao na 3,95V prekidao sam punjenje. Baterija je bila dovoljno puna i uopće se nije grijala tijekom punjenja. Punjenje je trajalo oko 2 sata. Inače CANON i preporučuje za punjenje baterije NB-11L 3,6V a kapaciteta 600mAh punjač izlaznog napona 4,1V i struju punjenja 0,41A uz trajanje punjenja oko 2 sata. Foto aparat indicira praznu bateriju kad ona ima napon oko 3,25V bez opterećenja.
Primjer 2. Na punjač mobitela sa naponom malo manjim od 5V sam u seriju spojio diodu koja je ostvarila pad napona oko 0,65V te je na izlazu spoja bio napon bez opterećenje oko 4,25V.
Baterija je prije punjenja imala 3,5V. Spojio sam punjač na bateriju i početna struja punjenja je bila malo veća od 0,7A a napon je pao na oko 3,75V. Kad je napon dosegao 4,1V iskopčao sam napajanje i na bateriji bez opterećenja izmjerio 3,95V. Baterija se nije grijala, punjenje je trajalo oko pola sata a struja je prije prekidanja punjenja bila malo veća od 0,2A.