Jak správně nabíjet (vybíjet) baterie?

Jak nabíjet baterii "pro začátečníky"

V návodu nejednoho výrobce elektrokol se dočteme jedinou větu:

"Po každé jízdě zapojte baterii na nabíječku a nechte plně dobít, baterie nemá paměťový efekt , takže není třeba ji před nabitím zcela vybít."

Ano, je to lepší, než napsat, že baterii můžeme nechat vybitou, čímž by se časem zničila, ale ideální návod to není. Jeden významný výrobce elektrokol říká, že:

"tento dvouřádkový návod je určen většině české populace, která návody nečte vůbec." 

Dodržováním tohoto návodu sice baterie přežije dvouletou záruční dobu a dosáhne průměrné životnosti, avšak při ceně baterie 10 - 20 tisíc korun je to škoda. 

Jak nabíjet baterii "pro pokročilé"

Pro pochopení chování Li-Ion akumulátorů se nejdříve seznámíme s napěťovými rozsahy článku.

Na obrázku níže vidíme zóny napětí pro lithium-Iontový akumulátor, Li-Poly, nebo LFP má jiné rozsahy, ale v principu lze použít stejný obrázek. Pro zjednodušení je prázdný akumulátor zobrazen při napětí 2,5V a plný při 4,2V.

Žlutá zóna - pracovní napětí akumulátoru

Aby nedošlo ke zničení akumulátoru, je třeba po celou dobu životnosti udržet napětí akumulátoru v rozmezí 2,5 - 4,2 V.

Tmavě zelená zóna 3,0 - 4,2V

V této zóně udržuje akumulátor automatika. Nepřekročení napětí 4,2V na článek ( tolerance 0,05V ) zajistí buď nabíječka, nebo BMS ( battery management system ), jenž nabíjení ve stanovený okamžik ukončí.

Spodní hranici 3,0 V hlídá za jízdy BMS. Při poklesu napětí na tuto úroveň BMS odpojí motor, v některých případech nechá v provozu osvětlení kola, které nemá velkou spotřebu. Stále je zde rezerva 0,5V na článek, tak aby se nestalo, že napětí poklesne pod 2,5V, což by vedlo k nenávratnému zničení akumulátoru.

Pokud BMS za jízdy odpojí baterii, je potřeba neprodleně, nejlépe do 24 hodin akumulátor dobít.

Když to neuděláme a kolo odložíme na několik týdnů, nastávají ideální podmínky pro poškození baterie. Je potřeba si uvědomit, že akumulátor se "samovybíjí" i když jej nepoužíváme a část energie mu také odsává elektronika určená na hlídání akumulátoru. Elektronika samotná také nemusí být zcela přesně nastavena a k odpojení baterie může docházet "minutu po dvanácté".

Někdy můžeme pozorovat, že k odpojení motoru dojde při větším odběru proudu při jízdě do kopce, pak se akumulátor zotaví a po rovině nám automatika dovolí ještě nějakou energii vyčerpat. To je to nejhorší, co můžeme v dané chvíli udělat.

Červená zóna - poškození, nebo zničení akumulátoru.

Pod 2,5V se může akumulátor dostat způsobem popsaným v předchozím odstavci, případně nepoužíváním a samovybíjením po dobu řádově několik měsíců.

V praxi se také stává, že při poklesu byť jediného článku v baterii pod 2,5V BMS zcela odpojí baterii od kontaktů pro připojení nabíječky a znemožní nabíjení.

Existuje sice malá naděje na servisní zásah, kdy se baterie rozebere a jednotlivé články nabijí pomocí servisní nabíječky, ale není dobré se na to spoléhat, neboť poklesem napětí článku pod 2,5V se obvykle nastartuje proces destrukce onoho článku. 

Vyplatí se u nepoužívaného kola kontrolovat akumulátor každé 2 měsíce.

Velmi častou chybou je, že uživatel před uskladněním kola sice nabije akumulátor, vypne napájení na řídícím panelu na řídítkách, ale zapomene vypnout vypínač na baterii. V tom případě zůstává baterie připojená nejen k BMS, ale i k regulátoru, který je schopen baterii totálně vybít během několika týdnů.

Pokud se vaše baterie nevypíná automaticky, Nezapomeňte vypnout hlavní vypínač přímo na baterii.

Přes 4,2V se může napětí akumulátoru dostat při použití nekvalitní nebo nekompatibilní nabíječky.

Světle zelená zóna - maximální životnost akumulátoru

Tato zóna nemá přesně stanovené limity, její rozsah napětí vychází ze studií zabývajících se životností akumulátorů, ze kterých se můžeme poučit.

Umístění oblasti světle zelené zóny souvisí zejména s tzv. hloubkou vybíjení akumulátoru, tedy na kolik necháme napětí klesnout, než vybíjení ukončíme. Vše zobrazuje následující

Graf životnosti akumulátoru

Z grafu vyplývá, že vybíjení akumulátoru "na doraz" snižuje životnost akumulátorů a naopak, při velmi malých hloubkách vybití může být dosaženo velkého počtu nabíjecích a vybíjecích cyklů. Tento poznatek je využíván např. v kosmické technice. V družicích jsou akumulátorové baterie pomalu nabíjeny solárními články a vybíjeny pouze zhruba o 5 %, čímž je dosaženo jejich životnosti až několik desítek let.

Tento recept je pro provoz baterie elektrokola sice nepoužitelný, ale naznačuje směr, jakým bychom mohli baterii co nejméně ubližovat, tedy:

Snažit se předcházet úplnému vybití baterie.

Raději nabíjet baterii po každé jízdě, například po cestě do zaměstnání. 

Vozit nabíječku s sebou a nabíjet baterii všude, kde je to možné.

Když vzpomeneme na strašáka jménem "paměťový efekt" u niklokadmiových akumulátorů, kde se doporučovalo vybíjet Ni-Cd na dno, tak u lithiových baterií platí pravidlo zcela, opačné.

Z jiného úhlu pohledu :

Nárůst počtu cyklů při nižší hloubce vybíjení vypadá lákavě, ale kdy se to vyplatí?

K výše uvedenému grafu existuje ještě tabulka naměřených hodnot při vybíjení lithiových akumulátorů na různou hloubku vybití. Počet vybíjecích cyklů v tabulce byl zaznamenán v okamžiku poklesu kapacity akumulátoru na 70%.    

zdroj tabulky: battery university

Pokud porovnáme jednotlivé výsledky a vypočteme množství energie, které akumulátor přijal a vydal během počtu cyklů v tabulce (dosadíme třeba baterii 100Wh, zanedbáme pokles kapacity a použijeme druhé, vyšší číslo ve sloupci počet cyklů),

• pak v prvním případě vybíjení do hloubky 100%  je přenesená energie 100x500=50 000Wh,
• ve druhém 75 000Wh (+50%) To je zajímavé,
• ve třetím jen 62 500Wh (+25%)
• a při hloubce vybíjení 10% je výsledná přenesená energie jen 47 000Wh  (-6%)

Tedy nemá smysl nabíjet baterii po vyčerpání malého množství (10%) energie,

ale má velký smysl nabíjet baterii vybitou z poloviny, neboť se nám kromě znásobení vybíjecích cyklů, odvděčí o 50% vyšším množstvím přenesené energie oproti baterii, kterou vybíjíme až na dno.

Jinými slovy pokud budeme nabíjet již z poloviny vybitou baterii, ujedeme během její životnosti celkově o 50% kilometrů více, než, když ji budeme vybíjet na doraz.

Jak nabíjet baterii "pro skrblíky"

Pokud by tento nadpis mohl někoho urazit, nechť dál nečte. Osobně jsem sám za skrblíka považován, neboť se nerad zbavuji starých věcí a snažím se jejich životnost prodloužit namísto vyhození  a nákupu nových. Věřím že mi ten nadpis prominete. TF.

Jakým dalším způsobem tedy prodloužit životnost baterie?

Pokud jsme v předchozím bloku vysvětlili, proč lithiovým bateriím nesvědčí hluboké vybíjení, nyní se podíváme na to, jak baterie snášejí nabíjení na 100 a více % své kapacity.

Následující tabulka pochází opět z Battery university com, v prvním sloupci je napětí článků při ukončení nabíjení, ve druhém je počet cyklů, které tyto články vydržely (do poklesu kapacity na 70%) a ve třetím vypočtená kapacita při nabití na hodnotu napětí v prvním sloupci.    

Pokud si uvědomíme, že většina standardních nabíječek nabíjí Li-Ion akumulátory na napětí blízké hodnotě 4,20 V (100% ní nabití), které odpovídá  300 - 500 úplným nabíjecím cyklům*, pak je velmi zajímavé,

že snížením koncového napětí článků Li-Ion o 0,1V dosáhneme sice snížení využitelné kapacity o 14%, ale počet nabíjecích cyklů se zdvojnásobí! 

*výrobci uvádí větší počet cyklů, neboť předpokládají, že, nedochází k "úplným" cyklům, pak že nemáte možnost počet cyklů změřit a v neposlední řadě se jedná o reklamu. Naproti tomu baterie elektrokol BOSCH (kromě mnoha dalších údajů) zaznamenávají, kolik energie jimi "proteklo" a při diagnostice jsme schopni vám tato data zobrazit a vytisknout protokol s počtem úplných nabíjecích cyklů. To se může hodit například, když si hodláte pořídit použité elektrokolo s pohonem BOSCH.

Z prvního řádku tabulky je také zřejmé, jak velký destrukční účinek má přebíjení článků Li-Ion, byť o pouhých 100 mV. (Baterie vydrží jen 150-250 cyklů)

Na jednom školení o elektrokolech jsem od lektora slyšel zajímavou poučku:

"Jestliže se chcete ve zdraví dožít vysokého věku, pak byste neměli hladovět a také se nepřežírat a stejně tak se chovejte ke své baterii." 

Kam dál? 

přečtěte si ještě Jak baterii správně skladovat, nebo si vytiskněte TAHÁK o tom, jak prodloužit životnost baterie.