Lite information om ackumulatorer

Blyackumulatorn
En ventilreglerad, underhållsfri ackumulator är vanlig som portabel strömkälla. Här återges data för en 12 V 4,5 Ah blyackumulator. De är typiska för denna gel-typ och kan omräknat användas för annan kapacitet. Med C betecknas kapaciteten i amperetimmar.

Nominell kapacitet uppnås vid ett strömuttag av högst 0,1 x C och då tillåts spänningen falla till 10,5 V. Om det är viktigt att spänningen åtminstone håller 12 V förlängs drifttiden från 4 till 14 timmar om man nöjer sig med ett uttag av 0,05 x C. Av figuren framgår att högt strömuttag resulterar i låg kapacitet och betydande spänningsfall, alltså bör man ha en ackumulator med överkapacitet för den aktuella förbrukningen. För bästa livslängd ska ackumulatorn inte urladdas med mer än 30 % av kapaciteten.
Laddning sker bäst med ett laboratorieaggregat som ställs på 14,7 V innan ackumulatorn ansluts och strömbegränsning till 0,1 x C. Maximal laddström får inte överstiga 0,3 x C men kan ställas så lågt som 0,05 x C för att inte framkalla onödig gasutveckling. Som framgår av tabellen klarar ackumulatorn dubbelt så många uppladdningar om den endast urladdas till hälften varje gång jämfört med om den töms helt. Underhållsladdning får inte ske med högre spänning än 13,8 V, i annat fall skadas ackumulatorn. Toppa några gånger per år så motverkas beläggning av sulfatkristaller på plattorna, blybatterier skall nämligen förvaras fulladdade. Självurladdningen beror på temperaturen, sommartid kan det röra sig om 5-10 % per månad, vintertid 1-2 % så batteriet bör förvaras kallt. Även om det tål att läggas på sidan får det inte användas upp och ned och vid laddning ska det stå rättvänt.
Sulfatering av blyplattorna är vad som gör att ackumulatorn åldras och minskar i kapacitet. I Elektroteknisk handbok band 2 sägs att "sulfateringen borttages genom långvarig laddning med svag ström och vilopauser, tills livlig gasutveckling återigen inträder och syrans spec. vikt stiger till normalt värde", jag kan inte bekräfta det men om ackumulatorn då förvaras varmt (40 grader) lär det påskynda förbättringen. Däremot har jag fått igång urladdade, begagnade ventilreglerade geléackar som inte har velat ta emot laddström. Med en strömbegränsad laddare har jag ökat spänningen ordentligt tills det har börjat flyta en svag ström varefter polspänningen har börjat stiga. Jag har i några fall även bänt upp plastlocket, tagit bort gummihattarna över påfyllningshålen, tillsatt batterivatten och limmat fast locket igen. Kapacitetsmätning på tre ackar har visat förbättring på 0-40 % och ju fler cykler man utsätter dem för desto större förbättring. En omdebatterad metod är att utsätta en åldrad ackumulator för laddning via höga strömpulser som sägs bryta ned sulfatskiktet. Den kan fungera på våta blyackumulatorer men är inte tillrådlig med gel-typer. Jag skulle istället använda den långvariga (flera veckor) metoden med laddström 0,01 x C.
Startbatterier är inte lämpliga för radiobruk, det behövs en sort som har bättre djupurladdningsegenskaper som t ex fritidsbatteri om man prompt vill hålla på med konventionella, våta ackumulatorer.


Litiumjon-ackumulatorn
Lösa celler kan numera köpas i batteributiken, tidigare endast ackumulatorpaket med inbyggd elektronisk övervakning av laddning och urladdning. Det finns risk för explosion och brand vid överladdning och cellen förstörs om urladdningen drivs för långt. Varje cell laddas med 4,20 V fast spänning och strömbegränsning som inställs på 0,1-0,2 x C för bästa livslängd. Även lägre laddström kan användas om längre uppladdningstid accepteras, men högre laddström kräver temperaturövervakning av varje cell. Om flera celler är seriekopplade finns risk att spänningen inte fördelas lika över dem vid laddning, redan 0,1 V för mycket halverar cellens livslängd så jag brukade ladda en i taget, men jag har nu byggt en laddare för upp till tre celler i serie. Cellspänningen varierar mellan 3,6-4,1 V beroende på laddningstillståndet. Urladdningen måste dock avbrytas vid 2,70 V för att cellen inte ska skadas. Självurladdningen är låg, 5 % per månad. Litiumjon-cellen har störst kapacitet i förhållande till sin vikt av alla populära ackumulatortyper och den senast utvecklade typen LiFePo4 med järn och fosfat har bättre säkerhet, jämnare utspänning och längre livslängd. Dess nominella spänning är 3,2 V, den laddas med 3,6 V och urladdning ska avbrytas vid 2,6 V.
Min bärbara dator drivs med litium-jonbatteri, men när jag använder nätadapter tar jag ur batteriet för att inte värmen från datorn ska förkorta livslängden. Faktum är att batteriet ligger halvladdat i kylskåpet utom vid de tillfällen då jag behöver det. I Mikrodatorn läste jag rådet att göra så här för att förlänga livet på detta dyrbara tillbehör. Från kasserade paket har jag plockat friska celler i storlek 18650 med kapacitet 2,2 Ah som försörjer apparater som sällan används.

Kvadratiska tunna litiumjon-polymerceller med tunn plast som ytskikt har jag plockat ur andra paket, de är på 5 Ah nominellt (två 2,5 Ah celler i parallell) men känns läskiga att hantera då skadade celler sväller upp så att de ser ut att vilja explodera och om det tunna plasthöljet blir punkterat är det en uppenbar risk för brand. Laddning sker som för ovan nämnda 18650-celler men urladdningen måste stoppas vid 3,0 V. Om de ska lagras före nästa användning ska spänningen inte vara högre än 3,8 V på grund av brandrisk, LiPo-celler bör lagras i brandsäker behållare och får inte vara obevakade under laddning. Även svullna celler som har spänning kvar ska lagras på säkert ställe tills man har tömt dem på laddning.


Nickel-kadmiumackumulatorn
Detta är en utgången typ och belagd med miljöavgift på grund av sitt giftiga innehåll. Den största fördelen med den jämfört med efterträdaren nickel-metallhydridcellen är att NiCd fungerar bättre i sträng kyla. Dessutom har den visserligen lägre självurladdning, 20 % per månad, men det är inte skäl nog att fortsätta att använda den. NiMh har nämligen tre gånger så högt energiinnehåll sett till storlek och vikt. Båda typerna har nominell spänning 1,2 V och laddas med konstant ström tills spänningen uppgår till 1,4-1,5 V. Laddningstiden anpassas till strömmen så att en helt urladdad cell får 1,4 x C. Bästa livslängd uppnås vid laddning med 0,1 x C i 14 timmar, snabbladdare bör därför undvikas och om den måste användas ska den vara av "intelligent typ" med temperaturövervakning. Den andra stora fördelen med NiCd är att den tål kraftigare laddström än NiMh som dessutom kräver noggrannare övervakning. Urladdning bör avbrytas vid 1,0 V eftersom spänningen faller snabbt när detta värde är uppnått.
Om flera celler ingår i ett batteripaket är det den svagaste cellen som avgör paketets kapacitet. När den är totalt tömd polvänder den och motverkar spänningen från de friskare cellerna. En polvänd cell skadas sannolikt även om den går att återuppladda. Använd därför celler av samma kapacitet och se till att alla är fulladdade innan ett paket tas i bruk.
Om underhållsladdning råder delade meningar. Dels sägs att den kan ske permanent om strömmen begränsas till 0,025 x C, dels att all konstant laddström reducerar cellens kapacitet. Jag törs inte ta ställning i frågan. Däremot har jag av erfarenhet lärt mig att NiCd-celler skall långtidsförvaras i urladdat tillstånd och helst i kylskåp. De gånger jag först har laddat celler och låtit dem ligga i rumstemperatur har självurladdningen skapat inre förbindelsetrådar mellan polerna så att cellerna varit oanvändbara när jag långt senare ville använda dem. Även laddade celler bör ligga i kylskåp för att inte självurladdningen ska ske onödigt snabbt.
Sintrade kallas sådana celler som ska leverera hög ström. Knappceller är avsedda för låg ström, t ex minnesuppbackning, och de har betydligt lägre självurladdning och får inte underhållsladdas med mer än 0,01 x C. Min elbug med en PIC-krets har ett knappcellsbatteri som bara behöver laddas en gång per år.
NiCd-celler bör urladdas till 1,0 V före uppladdning eftersom de annars drabbas av "minneseffekt" som längre fram begränsar kapaciteten till vad man brukar ta ut. "Minnet" kan dock tas bort med upprepat laddnings- och fullständigt urladdningsförlopp. NiMh-cellen har inte denna nackdel.


Nickel-metallhydridackumulatorn
Det är den vanligaste ackumulatortypen i bärbar utrustning och behandlas i ovanstående stycke. Av av de upptagna typerna är det NiMh som har störst självurladdning, 30 % per månad, och därför behöver toppas ofta och mår bra av kylskåpsförvaring. Även om den jämfört med Ni-Cd procentuellt sett fungerar sämre i kyla och klarar hög belastning sämre gör ändå dess betydligt högre kapacitet att den håller ut hyggligt. En förbättrad version, typ 2, har så låg självurladdning att den levereras laddad och därmed är en betydande nackdel eliminerad.


Nickel-järnackumulatorn
NiFe-cellen, tidigare kallad Jungner-ackumulator efter den svenska uppfinnaren, har funnits sedan början av 1900-talet och användes för bärbar radioutrustning fram till 1960-talet, då den ersattes av NiCd-cellen. Spänningen är 1,2 V (obelastad 1,36 V) och den laddas på samma sätt med strömbegränsning. Då cellen är fulladdad bildas gas så att ventilproppen behöver lossas för att metallhöljet inte skall svälla. NiFe-ackar har varit ute ur bilden länge men röner ett nytt intresse bland dem som vill lagra energi från solceller. De innehåller inte miljögifter, drabbas inte av sulfatering som kortlivade blyceller, har inte minnesproblem som NiCd eller hög självurladdning som NiMh. NiFe-cellen sägs klara minst 2000 fullständiga urladdningar. Den alkaliska elektrolyten deltar inte i processen annat än att den leder ström, dess specifika vikt är därför konstant.
En fulladdad cell har slutspänningen 1,76-1,82 V, vilket är betydligt högre än för NiMh, men i likhet med den ska urladdning avbrytas vid 1,0 V cellspänning. Självurladdningen anges till endast 15 % under 6 månader och NiFe-cellen kan förvaras i urladdat tillstånd utan att skadas. Laddning sker i 6-10 timmar och inmatad kapacitet skall vara 50 % större än ackumulatorns nominella kapacitet. Underhållsladdning kan göras med 1,4 V per cell.

Åter till Tekniskt-sidan