Батерии в еърсофта - как да изберем и експлоатираме правилно NiMh и LiPo?

Батерии в еърсофта - как да изберем и експлоатираме правилно NiMh и LiPo?
9 ноември 2020

Батериите са много важна част от екипировката, когато говорим за електро-пневматични еърсофт реплики (AEG, AEP). На пазара можем да намерим основно 2 категории батерии - Никел базирани (NiMh най-често) и Литий базирани (най-често LiPo, още срещани LiFePo, LiIo). Общото между тях е, че те разчитат на химични реакции за съхранение и отдаване на енергия, че се състоят от клетки, които свързани успоредно и/или последователно ни дават нужните волтаж и капацитет.

Нека разделим най-важните характеристики на батериите условно на първостепенни и второстепенни. Не защото едните са по-важни от другите, а защото най-вече едните са записани на упаковката и основно на тях обръщаме внимание при избора на батерия.

Сред първостепенните първото, което ще открием на опаковката на една еърсофт батерия е капацитетът и в mAh (милиамперчаса) - това е обемът енергия, която батерията е способна да съхрани и в последствие отдаде. От капацитета зависи колко продължително един електромотор може да работи. Второто е напрежението, означено с  V (волта). Напрежението е това, от което правопропорционално зависят оборотите, с които този мотор ще работи. По-висок волтаж=повече обороти. Третата, "скрита" характеристика е максималната сила на тока, която е способна да отдаде една батерия при пиково и продължително натоварване. Измерва се в ампери - А. Силата на тока директно кореспондира с енергията, необходима на един електромотор да преодолее даден товар, в рамките на своите възможности. По-голяма сила на тока = по-голям товар. Тази характеристика се нарича "скрита", защото при Литий-базираните батерии трябва да се умножи стойността, означена на опаковката с "C" по капацитета, преобразуван в амперчасове, за да се получи търсената стойност в ампери. Никелметалхидридните батерии (NiMh) нямат това означение, но ние знаем, че дори при най-добрите NiMh батерии, тази стойност не превишава 2C, докато при Литиевите тя варира от 15C до 45C. По-висока стойност на C обикновенно значи по-качествена батерия и съответно, по-скъпа.

За тези, които са много далеч от електричеството, ще се опитам да проведа паралел с водата - представете си, че батерията е бойлер. Обемът на бойлера е капацитетът на батерията (Ah или mAh). Волтажът (V) е налягането, което е в тръбите, а силата на тока (A) е степента, до която е отворено изпускателното кранче.

Второстепенните характеристики не са по-малко важни, но в тази статия ще ги обозначим именно така, защото това са характеристики, на които обръщаме внимание в последствие или за които изобщо не знаем и не си правим труда да разберем.

1. Енергийна плътност на батерията - това е какъв капацитет може да има дадена батерия спрямо размерите си. Измерва се с във ватчас на литър - Wh/L и варира при NiMh батериите от 140 до 300, а при LiPo батериите от 250 до 730. Много грубо казано, в тела с един и същи обем LiPo батериите ще имат около 2 пъти по-голям капацитет от NiMH с максимално близък волтаж.

2. Ефикасност на зареждане или Колумбова ефективност (Coulombic Efficency, CE) - това най-грубо казано е зарядът, който може да отдаде една батерия спрямо зарядът, който е поела. При ефективност от 100% и заредени 1000 mAh, батерията ще отдаде 1000 mAh. При 50% - при заредени 1000 mAh, батерията ще покаже пълно изтощение при отдадени 500 mAh. При NiMh батериите тази ефективност варира от 80% до 50% и пада с всеки пореден цикък на експлоатация. При LiPo батериите тя надвишава 95%, а при някои и 99%, като с времето, при правилна експлоатация тя може да расте и да достигне 99.9%, което прави тези батерии изключително ефективни.

3. Скорост на саморазряд - това е процентът от енергията, който батерията губи, без да бъде използвана за определен период от време. Прието е да се измерва в процент/месец или процен/година. Зависи директно от външата температура, заряда на батерията, от който започва измерването и състоянието на клетките. NiMh батериите през първите 24 часа мога да загубят до 35% от заряда си, като след това губят до 10% от заряда си на месец при стайна температура (~20 C). При по-ниски температури могат да губят дори и повече. От друга страна, LiPo  батериите батериите могат да губят под 1% за година, при темепратури близки до 0 C и при положение, че първоначалният им заряд е в рамките на 50-60%. Оставени да престояват дълго време при пълен заряд, LiPo батериите губят енергия по-бързо, но тези загуби пак са много под загубите при престояване на NiMh батериите.

4. Живот - измерва се в цикли (зареждане-разреждане). НиМх батериите според начина на производство, приложението, експлоатацията и съхранението имат между няколко десетки и 2000 цикъла живот. Средно, батериите, които използваме в Еърсофта са с продължителност на живот около 300-400 цикъла. Най-силно влияние на тези цикли имат външните механични въздействия (тези батерии силно се влияят от удари и дори външно да изглеждат непокътнати, елементите вътре могат да бъдат наранени), от начина на зареждане и съхранение, както и от начина на експлоатация. ЛиПо от друга страна имат между няколко стотин до няколко хиляди цикъла. Точната продъжителност зависят от същите фактори, както и при NiMh батериите, като Литиевите батерии са по-малко чувствителни към удари. И при двата типа със всеки следващ цикъл капацитетът на батерията пада. Имайки предвид особенностите на нашето хоби, се очаква и едната и другата батерия да живеят около 2-3 години при правилно обгрижване.

Това са само част от важните особенности на батериите, но тази част е достатъчна да си зададем един важен въпрос - защо тогава ако една еърсофт реплика се продава с батерия, то тя не е LiPo батерия, ами по-старата NiMh батерия? Нима само заради цената? Истината е, че разликата в цената е толкова ниска, че за крайният потребител NiMh батерията не би представлявала особен интерес. Расковничето е другаде - "самовъзпламеняване". Това е думата, която играе най-голяма роля за появата на този на пръв поглед "феномен". Риск от самовъзпламеняване при NiMh батериите няма, докато при неправилна есплоатация, съхранение и транспортиране LiPo батериите могат да се самовъзпламенят. Достатъчно е защитната мебмрана на LiPo батерия да бъде наранена, химичният и състав да влезе в контакт с кислорода от въздуха, за да започне процес по горене, който е с достатъчно голям интензитет и не винаги може да бъде загасен бързо и лесно. Възпламенена Литий-Полимерна батерия гори с около 2000 градуса по целзий, което е предостатъчно да възпламени не само картонената опаковка, в която обикновенно пътуват репликите, но и самата реплика. Важно е да се знае, че риск от самовъзпламеняване съществува не само при нараняване на мембраната на ЛиПо батериите, но и при тяхното преразреждане и прекомерно зареждане.

В еърсофт общностите често се чува, че NiMh батериите "носят" на прекомерно зареждане и разреждане. Това не е така, тези батерии също биха се повредили, но при зареждане с ток по-нисък от 0.1C (1/10 от капацитета на батерията), съвременната NiMh батерия може определено време да "поеме" излишната енергия без да се нагрява прекалено силно и без да се уврежда. Друга важна особенност на NiMh батериите е тъй нареченият "мемори ефект". Той се изразява в това батериите да отдадат само този заряд, който са поели, без значение с какъв заряд са разполагали преди това, при непълен цикъл на зареждане - т.е. ако батерията не е изразходена напълно, а например на 50% и бъде заредена до 100%, тя ще отдаде само тези 50%, с които е била дозаредена. Този ефект настъпва постепенно, т.е. първият път тя ще отдаде 90%, следващият 80% и така до като стигне до капацитета, с който е заредена последно. Този ефект се обръща при пълно зареждане и разреждане.

За батериите, базирани на литий е важно балансирането на зарядът в отделните клетки. За да получим нужният ни волтаж на ЛиПо батерия за експлоатация в еърсофт реплика (7.4V, 11.1V, 14.8V), трябва да свържем 2, 3 или 4 клетки с номинален волтаж 3.7V последователно. Поради редица фактори, в процеса на експлоатация тези клетки могат да не бъдат заредени/разредени еднакво, което можем да разберем от различният им волтаж. Номиналният волтаж на една клетка показва само какъв заряд би имала тя в най-стабилно положение, на около 50% заряд. Напълно заредена, тази клетка би имала напрежение 4.2V, a напълно разредена - 3.2V. Разлика във волтажа на клетките повече от 0.03V може да доведе до последващо преразреждане или презареждане на някоя от клетките и съответно до повреждане на батерията. Волтажът на клетките е най-добре да се следи с тестер за LiPo/LiIo/LiFePo батерии, а балансирането им да става с качествено зарядно.

В заключение нека обобщим как е най-правилно и добре да бъдат експлоатирани тези 2 типа батерии.

NiMH:

- Най-добре да бъдат зареждани непосредствено преди игра със своето оригинално зарядно или с умно зарядно, което може да следи температурата на батерията и позволява пулсовидно зареждане на батерията.

- Трябва да се внимава да не бъдат удряни батериите - това съкращава жизнения им цикъл и капацитет.

- Зареждането трябва да става на стайна температура и да се избягва зареждане на ниски (близки до 0 по целзий) или високи (над 35 градуса по целзий) температури.

- Не оставяйте батерията на зарядното за повече от 4.5 часа - това може да повреди батерията.

- След дълго време без експлоатация, е добре батерията да бъде прекарана през цикъл на пълно разреждане/зареждане, преди да бъде използвана.

- Използвайте батерията при топло време, тъй като тя се разрежда много по-бързо при студено. Ако наблюдавате лошо представяне през зимата, не бързайте да я изхвърляйте, възможно е при летни температури да работи напълно задоволително.


LiPo:

- На първо място е използването на качествени зарядни и зареждане на батериите само под наблюдение и в негорим съд.

- Зареждането е добре да става с ток не по-голям от 1C х капацитета на батерията. Препоръчително е стъпаловидно зареждане - започване с ток=1C, като с покачване на заряда да пада силата на тока, достигайки до 0.1C към края на зареждането.

- Силно препоръчително е батериите да бъдат откачани от репликите след експлоатация (особенно при реплики с електроника) и ако ще престояват дълго без използване, да бъдат зареждани на 50-60%.

- Препоръчително е използването на батерията с най-голям капацитет, който се побира в репликата, която се използва. Това не само ще осигури по-дългата и експлоатация в кратковременен план (ще може да бъде използвана за цял игрови ден, а не част от него), така и в дългосрочен - частичното, вместо пълното изтощаване на батерията увеличава живота и.

- Следенето за баланса на клетките е силно препоръчително.

Влияят ли се репликите от студовете? Има ли особен режим на експлоатация при повишена влажност и понижени температури? Отговори на тези и някои други въпроси в блога.

прочети още

Най-добър старт в хобито е наема на екипировка и участието в по-големите колективни игри в най-близката до Вас еърсофт общност. В статията ще намерите линкове към някои от тях, както правилата, по които играят по-голямата част от еърсофтърите в България.

прочети още