Co należy wiedzieć o bateriach-akumulatorach

Krótko na temat baterii i ich rodzajów, sposobie ładowania i bezpieczeństwie.

Ogólnie temat jest dość szeroki ze względu na to że na rynku mamy dziesiątki rodzajów baterii różnej mocy i zastosowania i najprościej podzielić jest je na baterie jednorazowe i wielokrotnego użytku – akumulatory.

Zastosowanie baterii jednorazowych jest proste i jednorazowe, dużo bardziej skomplikowane jest zastosowanie baterii wielokrotnego użytku powszechnie stosowanych w urządzeniach obecnie codziennie używanych, takich jak smartfony, tablety, aparaty fotograficzne, zabawki i to na nich chciałbym się skupić w tym artykule.

Często elektroniczne gadżety są wyposażone w baterie wbudowane na stałe i ukryte w środku np. w smartfonie lub tablecie i już w momencie zakupu warto zwrócić uwagę na typ zainstalowanego akumulatora, sposób ładowania i rozładowania, temperaturę pracy, żywotność (ilość cykli ładowania jaką można wykonać), ponieważ to będzie decydowało o czasie zastosowania i przydatności danego urządzenia.

Wśród baterii akumulatorowych, które możemy dziś spotkać w różnego typu urządzeniach chciałbym skupić się na następujących typach:

  •    Bateriach niklowo-kadmowych (NiCd)
  •    Bateriach niklowo-wodorowych (NiMH)
  •    Bateriach litowo-jonowych (Li-ion)

 

 

 

Akumulator niklowo-kadmowy (NiCd)

 

Bateria akumulatorowa typu NiCd, z telefonu sprzed 15 lat

Obecnie coraz rzadziej spotykana ze względu na niedużą pojemność i szkodliwy dla środowiska kadm.

 

 

Bateria NiCd występowała tam, gdzie urządzenia pobierały dużą ilość prądu, a więc w dawnych telefonach komórkowych, aparatach fotograficznych czy kamerach video. Na pewno tego typu baterii nie znajdziemy w pilotach zdalnego sterowania do telewizora, bramy do garażu, gdzie potrzebna jest mała ilość pobieranej energii w krótkich okresach czasu (tylko podczas przyciskania przycisku na pilocie).

 

Cechą bardzo charakterystyczną baterii niklowo-kadmowych (NiCd) jest duża szybkość ładowania oraz szeroki zakres temperaturowy ich pracy co oznacza, że bez problemu można je stosować w zimę, jak i w upalne dni.

Baterie tego typu, dziś już nieużywane, cechowały się dużą żywotnością –  rzędu 1000 cykli co w zastosowaniu do „bateriożernych” smartfonów, wymagających ładowania każdego dnia, przekładało się to na 1000 dni (3 lata) ciągłej pracy (każdego dnia w roku).

Ich wadą był tak zwany „efekt pamięciowy” czyli konieczność rozładowania baterii przed jej ponownym naładowaniem oraz pilnowanie, aby akumulator nie został rozładowany całkowicie, gdyż to wpływało negatywnie na żywotność. „Efekt pamięciowy” objawiał się zmniejszaniem pojemność baterii i w efekcie końcowym skróceniem czasu pracy akumulatora z kilku godzin do paru minut.

 

Bateria wielkości AA i adaptery do wielkości C i D

Oprócz „efektu pamięciowego” należało odpowiednio sformatować baterię po zakupie. Stąd konieczne było wykonanie paru cykli rozładowania i pełnego naładowania, ponieważ było to gwarancją uzyskanie maksymalnej wydajności akumulatora.

 

Dziś akumulatory niklowo-kadmowe (NiCd) można spotkać głównie w starych urządzeniach, gdyż zostały zastąpione obecnie bateriami bardziej ekologicznymi takimi jak opisane poniżej.

 

Bateria niklowo-wodorowa (NiMH)

 

Bateria NiMH telefonu komórkowego sprzed 10 lat

Dziś bardzo popularne i niedrogie.  Baterie niklowo-wodorowe (NiMH) skutecznie zastępują opisane powyżej baterie niklowo-kadmowe (NiCd) między innymi ze względu na swoją dużą pojemność. Duża pojemność przekłada się na znacznie dłuższy okres pracy po naładowaniu, pozwalając nam dłużej cieszyć się pracą naszego gadżetu. Pojemność mierzymy w jednostkach zwanych mili-ampero-godzinami (mAh) i dziś zwykła bateria akumulatorowa typu AA (popularny paluszek) może mieć nawet 3000 mAh,  podczas gdy starszy typ tego samego akumulatora oparty o technologię niklowo-kadmową (NiCd) miał pojemność zaledwie 600 mAh.

Ale coś za coś: wprawdzie dłużej będziemy mogli używać naszych urządzeń,  ale całkowita żywotność baterii w porównaniu do baterii niklowo-kadmowej jest krótsza i co więcej baterie te szybciej się rozładowują, jeśli są nieużywane (około 3% na dobę).

 

Dla nas użytkowników, bardzo cenną cechą baterii niklowo-wodorowych (NiMH) jest dużo mniejszy „efekt pamięciowy” w porównaniu do typu NiCd, co w praktyce oznacza, że nie musimy zawsze pamiętać o tym, aby rozładować akumulator przed jego doładowaniem np. przed wyjściem z domu.

 

Użycie baterii wielkości AA z adapterem pozwala „zrobić” z niej baterię C lub D

Akumulator ten również wymaga tak zwanego formatowania, które w tym przypadku oznacza kilkukrotne pełne rozładowania i pełne naładowanie nowej baterii.

 

Jeśli chodzi o zakres temperaturowy to jest on trochę węższy niż dla baterii niklowo-kadmowych, ale spokojnie możemy wyjść na dwór przy temperaturze -10C lub na plażę przy +40C.

Zastosowanie baterii niklowo-wodorowych (NiMH) jest identyczne jak w przypadku niklowo-kadmowych (NiCd), a więc do urządzeń potrzebujących dużej ilości energii głównie wszelkiego rodzajów – zabawek z silnikami elektrycznymi, aparatów fotograficznych, kamer video, przenośnego radia, latarek, a dawnej do zasilania telefonów komórkowych.

 

 


Jeśli uważasz ten artykuł za ciekawy to skomentuj go i zapisz się do newslettera (pod spodem na końcu postu)


 

 

Bateria litowo-jonowa (Li-ion)

 

Akumulator Li-ion w telefonie komórkowym

Baterią oferującą trzykrotnie większe napięcie od dwóch poprzednich jest bateria litowo-jonowa (Li-ion). Ta bateria daje napięcie 3.6V, podczas gdy poprzednie dawały 1.2V i pozwala na skumulowanie dwukrotnie większej energii w stosunku do baterii NiMH. Dodatkowo akumulator ten nie posiada „efektu pamięci” więc możemy zawsze doładować nasz smartfon lub tablet przed wyjściem z domu lub w miejscu, gdzie tylko przez chwilę mamy dostęp do zasilania. Dokładnie rzecz mówiąc „efekt pamięci” istnieje ale jest na tyle niewielki w porównaniu do poprzednich rozwiązań, że można go zaniedbać.

 

Dużo większa energia baterii jak i jej większe napięcie oraz możliwość doładowania bez konsekwencji określiły jej zastosowanie głównie do laptopów, smartfonów, tabletów, elektronarzędzi i elektrycznych samochodów.

Baterie litowo-jonowe (Li-ion) można używać w dużym zakresie temperatur od -20C do +40C i nie wymagają one żadnego formatowania po zakupie.

Należy tutaj dodać, że wychłodzenie akumulatora do temperatury poniżej 0C powoduje znaczny spadek jego mocy nawet, gdy jest w pełni naładowany. Na szczęście ponowne jego ogrzanie do temperatury pokojowej przywraca utraconą energię baterii.

 

 

 

Śrubokręt elektryczny napędzany baterią Li-ion

Na przykład jeśli Twój laptop lub wkętarka (taka jak ta pokazana na zdjęciu, zasilana z akumulatora Li-ion – patrz naklejka) były dłuższy czas w bagażniku samochodu i na mrozie to może się okazać, że urządzenia te nie będzą chciały się uruchomić ze względu na spadek mocy baterii. Należy wówczas przez kilkanaście minut odczekać, aż bateria w nich się ogrzeje i z powodzeniem uchronić je po kilkunastu minutach.

Po uruchomieniu naszego urządzenia, a więc przy normalnej pracy baterii można już pracować na mrozie, gdyż bateria podczas pracy wydziela sama z siebie ciepło i nie dopuści do ponownego wychłodzenia i straty mocy.

 

Dziś bateriom litowo-jonowym (Li-ion) i jej różnym rodzajom wróży się najszybszy rozwój, a ściślej mówiąc: odmianom z użyciem polimeru czy grafenu. Warto tutaj wspomnieć także o baterii charakteryzującej się lepszymi paramterami niż omawiana bateria litowo-jonowa (Li-ion), o baterii litowo-żelazowo-fosforanowej. Bateria litowo-żelazowo-fosforanowa jest jeszcze w fazie ciągłych badań i testów, ale jeżeli jej cena będzie porównywalna do ceny baterii Li-ion, to  na pewno ją  zastąpi w niedługiej przyszłości.

Zainteresowanie nad znalezieniem bardziej pojemnej i lżejszej baterii jest napędzane przez firmy, które chcą wykorzystać energię baterii do zasilania silników elektrycznych dużych pojazdów takich jak osobowe drony czy mobilne samochody. Wiodącą rolę w tym procesie odgrywa Elon Musk i jego samochód elektryczny Tesla. Fantazja tego wizjonera nie zna granic czego przykładem może być wysłanie w kosmos samochodu (jego produkcji) Tesla Roadster na pokładzie rakiety własnej konstrukcji (Falcon Heavy).

 

Dociekliwość człowieka i stale rosnące wymagania co do lżejszych i cieńszych laptopów, smartfonów i tabletów wymaga projektowania bardziej wyżyłowanych baterii i konstruowania akumulatorów bliskich granicy technicznych możliwości. Te nowe super lekkie urządzenia są bardzo czułe na fizyczne uszkodzenia, uderzenia, zewnętrzną temperaturę czy nieprawidłowy (za szybki lub za długi) proces ładowania czy rozładowania baterii.

Znane są przykłady eksplozji baterii, co przydarzyło się nawet takim gigantom elektroniki jak: Samsung w modelu Galaxy Note 7, Toshiba, Dell czy też firmie Boeing i ich flagowym samolocie Dreamliner, który też miał problemy z akumulatorami. Tutaj zamieszczam przykładowe ogłoszenie  firmy HP, która zachęca właścicieli urządzeń HP do dobrowolnego programu bezpieczeństwa zalecający wymianę akumulatora w wadliwych modelach.

Czasami wśród wadliwych akumulatorów zdarzają są nawet pojedyncze przypadki eksplozji. Miały też miejsca wady produkcyjne całej serii jak np w wielu modelach smartfonów Nokii.

Cechami łączącymi niebezpieczne wypadki z bateriami to fabryczne niedociągnięcia w konstrukcji baterii lub znaczny wzrost temperatury pracy baterii oraz mechaniczne uszkodzenia. O ile na wady konstrukcyjne nie mamy wpływu to jako urzytkownicy możemy kontrolować temperaturę w jakiej pracuje nasze urządzenie oraz chronić je przed upadkiem.

Istnieje kilka sposobów, które pozwolą nam zminimalizować prawdopodobieństwo wybuchu baterii. Są to:

– stosowanie wyłącznie oryginalnej ładowarki,

– częste doładowywanie baterii,

– niedopuszczanie do całkowitego rozładowania baterii,

– niepozostawianie przez dłuższy czas urządzenia podłączonego do ładowarki,

– unikanie odkładania smartfonu/tabletu w miejscach bardzo ciepłych np. deska za szybą samochodu lub grzejnikach,

– zapewnienie odpowiedniej wentylacji ładowanego urządzenia (np. nie należy nakrywać urządzenia kołdrą podczas snu jeśli ładujemy zazwyczaj wieczorami)

Wspomnę jeszcze o pewnym niekorzystnym dla żywotności akumulatora zachowaniu, z którego wiele osób nie zdaje sobie sprawy, Chodzi o to, by nie pozostawiać podłączonego do  ładowarki smartfonu lub tabletu na całą noc, ponieważ skraca to żywotność akumulatora litowo-jonowego (Li-ion).

Pamiętajmy także, że upadek urządzenia z bardzo cienką i delikatną baterią typu Li-ion na ziemię nie grozi tylko pęknięciem szybki czy porysowaniem urządzenia. Jest to duży wstrząs mechaniczny, który także może doprowadzić do uszkodzenia akumulatora w środku naszego smartfonu.

Wymienione powyżej zachowania mogą zakończyć się przykrymi w konsekwencjach zdarzeniami jak np. wybuch baterii, które z uwagi na swoją siłę mogą nawet w konsekwencji uszkodzić nasze ciało.

 

 

Ładowarki do baterii akumulatorowych

 

Producenci sprzedają często akumulatory nienaładowane. Po kupnie zaleca się przeprowadzić pełny proces ładowania nawet przez całą noc po to, aby być pewnym, że akumulator został w pełni naładowany.

Dla Twojego nowoczesnego smartfonu, tabletu lub laptopa zasilanego akumulatorem litowo-jonowym (Li-ion) kwestia stosowania właściwej ładowarki jest prosta. Należy tylko i wyłącznie używać oryginalnej ładowarki producenta dostarczonej z urządzeniem.

Sytuacja wygląda inaczej, gdy korzystamy z urządzenia, w którym jest bateria akumulatorowa wyjmowana typu AA (popularny paluszek, R06), AAA (mały paluszek, R03) lub typu C (R14) i D (R20).

Tutaj w zależności od tego z jakiego materiału jest wykonana bateria akumulatorowa należy używać ładowarki właściwej dla danego typu i pojemności akumulatora.

Ładowarka do akumulatorów typu NiCd i NiMH

Najtańsze są ładowarki, które ładują dedykowany typ baterii zawsze przez określony czas i najwyższym bezpiecznym prądem. Oznacza to, że czas ładowania jest ściśle dobrany do pojemności ogniwa i jego typu. Dlatego tego typu ładowarki można bezpiecznie i z powodzeniem używać jedynie do baterii do nich przeznaczonych bardzo często sprzedawanych w komplecie: baterie z ładowarką.

Droższym i uniwersalnym rozwiązaniem jest ładowarka posiadająca procesor, który zadba o prawidłowy proces ładowania baterii. Tutaj procesor określi potrzebny czas ładowania, prąd ładowania dla każdego z cyklu ładowania i zadba o to, by baterie zostały w pełni naładowane niezależnie od ich pojemności. Komputerowo sterowany proces ładowania wydłuża czas ładowania do kilku godzin ale gwarantuje wieloletnią żywotność batrii.

Ładowarki do akumulatorów najbardziej zaawansowanych technologicznie typu litowo-jonowych (Li-ion) posiadają często zabezpieczenie w postaci pomiaru temperatury akumulatora.  Dzięki informacji o temperaturze mikroprocesor sterujący procesem ładowania wstrzyma proces ładowania, gdy temperatura akumulatora jest zbyt wysoka i poczeka, aż temperatura spadnie po to, aby bezpiecznie naładować baterię nie doprowadzając do jej uszkodzenia.

Baterie litowo-jonowe (Li-ion) są najlżejsze i najmniejsze z opisywanych. Wymagają specjalistycznych i inteligentnych ładowarek co przekłada się na cenę zarówno akumulatorów, jak i samej ładowarki. Stąd cena nowej ładowarki do laptopa może wynieść nawet kilkaset złotych.

Ładowarka tylko dla typu Li-ion

 

Mając na uwadze podane powyżej różnice nie powinno już nikogo dziwić, że zawsze musimy sprawdzić czy dana ładowarka obsługuje dany typ baterii.  Włożenie do ładowarki niewspółpracujących baterii jest niebezpieczne i może doprowadzić do przegrzania, zniszczenia baterii, a nawet ich wycieku, wybuchu i pożaru.

UWAGA: Pod żadnym pozorem nie wolno używać ładowarek do akumulatorów NiCd lub NiMH do ładowania baterii Li-ion, chyba że taka informacja jest podana na urządzeniu. Przed tego typu pomyłką zabezpieczają nas sami producenci nie produkując typowych baterii AA, AAA, C i D w wersji Li-ion, dzięki czemu nie będziemy w stanie użyć ładowarki dla akumulatorów NiMH do naładowania akumulatorów Li-ion.

 

Prosty tester napięcia baterii

 

Akumulatory Li-ion muszą być ładowane bardzo precyzyjnym napięciem i przekroczenie nawet o 0.1V grozi samozapłonem i pożarem lub wybuchem.

Dobrym pomysłem jest zaopatrzenie się w uniwersalny tester baterii taki jak pokazany na zdjęciu, który można stosować do wielu typów i wielkości baterii. Nie ocenimy za pomocą niego dokładnego napięcia baterii ale z powodzeniem zroientujemy się czy akumulator wymaga już ponownego ładowania.

 

 

Na sam koniec muszę przypomnieć, aby zużytych baterii nigdy nie wyrzucać do kubła na śmieci.

Akumulatory i zwykłe baterie zawierają w sobie substancje szkodliwe dla środowiska i muszą być odpowiednio zniszczone. Dlatego trzeba wrzucać je do specjalnych pojemników przy wejściach do sklepów elektrotechnicznych jak i prawie wszystkich centrach handlowych.

W Polsce obowiązek zbierania, przetwarzania, recyklingu i unieszkodliwienia zużytych baterii nakłada ustawa: z 24 kwietnia 2009r (Nr 79, poz. 666)

 

Podsumowanie zalet i wad akumulatorów

 

  Litowo-jonowy (Li-ion) Niklowo-wodorowy (NiMH)

 

Niklowo-kadmowy (NiCd)

 

Pojemność Dużo większa niż w NiMH– ale nie występują w kształcie AA, A, C lub D Duża (2000-3000 mAh) Mała (500-800 mAh)
Zakres temp 0C / +40C -10C / +40C Duży -20C / +50C
Żywotność (cykle) 500 500 Duża 1000
Efekt pamięciowy Brak Tak, ale mniejszy niż w NiCd Tak
Formatowanie Nie ma – ale nie dopuszczać do rozładowania całkowitego Tak (2,3 cykle na początku) Tak (cykl powtarzać raz w miesiącu)
Napięcie ogniwa 3,6V 1,2V 1,2V
Doładowywanie Tak Nie zalecane Nie zalecane
Cena za opakowanie 4 baterii typu AA 100 PLN i więcej

Sprzedawane na sztuki około 20 PLN, raczej nie sprzedawane w wersji AA

30-40 PLN 20 PLN

Rzadko spotykane w wersji AA, A, w zestawie są łączone akumulatory w grupach

  


Zastosowanie dla ciebie

  • Kup tanie akumulatory typu niklowo-wodorowe (NiMH) o dużej pojemności do każdej zabawki dla dziecka czy latarki lub przenośnego radia
  • Jeśli wciąż używasz telefonu stacjonarnego ze stacją dokującą to kup typ wyposażony w baterię litowo-jonową (Li-ion), którą można doładowywać bez negatywnych konsekwencji, gdy telefon jest często odkładany na stację bazową i ładowany
  • Jeśli jedziesz w delegację to wyposaż się w power-bank na bazie akumulatora typu litowo-jonowego (Li-ion) z pojemnością co najmniej 10000 mAh . Mając ograniczony czas pełnego naładowania baterii przed lotem lub wyjazdem z hotelu, nawet niepełne jej naładowanie, nie spowoduje jej uszkodzenia.

 

Łukasz Gawryjołek

You May Also Like

2 thoughts on “Co należy wiedzieć o bateriach-akumulatorach

  1. Hej.
    Tytułem uzupełnienia, to nie prawda że ogniwa litowe nie posiadają efektu pamięci, jest on tylko na tyle niewielki że nie rozważa się go w parametrach baterii.
    W przypadku baterii litowo-polimerowych warto wspomnieć o ich bardzo dużej wrażliwości na przeładowanie więc w przypadku takich ogniw mamy do czynienia z bardzo rozbudowanymi systemami kontroli ładowania.
    Ostatnio pojawił się nowy bezpieczniejszy typ baterii litowej – ogniwo litowo-żelazowo-fosforanowe, ten typ dodatkowo charakteryzuje się większą żywotnością, minimalnym samorozładowaniem (niska rezystancja wew.) i zwiększoną pojemnością więc jeżeli cena nie będzie odbiegać znacząco od dotychczasowych rozwiązań to pewnie ten typ zastąpi obecnie używane baterie.
    Opis ładowarek i ładowania jako takiego wypada uzupełnić o informację, że na żywotność baterii – zwłascza niklowo-metalowo-wodorkowych – wpływa prąd ładowania, najtańsze ładowarki często ładują ogniwa najwyższym bezpiecznym prądem (w najlepszym wypadku kontrolując ich temperaturę), ładowarki mikroprocesorowe oprócz cykli ładowania i rozładowywania, pomiaru temp, i rezystancji wew. ogniw pozwalają też dobrać prąd dla poszczególnych cykli co pozwala drastycznie zwiększyć żywotność akumulatorów (kosztem czasu ładowania).

    Pozdrawiam

    1. Drogi czytelniku.
      Jest mi niezmiernie miło gościć specjalistów i znawców techniki na blogu. Oczywiście zamieszczone uwagi są dla mnie bardzo cenne i zostały dodane do artykułu.
      Cieszę się, że dzięki takim komentarzom jak ten, jakość przedstawionych zagadnień rośnie.

      Pozdrawiam
      Łukasz Gawryjołek

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *

two × four =