Laivamallien akkutekniikkaa
Uivissa laivamalleissa käytetään tavallisimmin sähkömoottoreita, jotka saavat virtansa akuista. Tavallisimmat käytettävät akkutyypit ovat nikkeli-kadmium (NiCd), nikkeli-metallihydridi (NiMH) - ei siis metallihybridi, kuten usein näkee kirjoitettavan, ja lyijyhyytelö, eng. SLA eli sealed lead acid. Uudemmat akkuteknologiat, kuten litiumioni (Li-Ion) ja litiumpolymeeri (Li-Pol) eivät ole saaneet jalansijaa laivamalleissa muutamista eri syistä. Ensinnäkin niiden lataaminen on kriittistä, monimutkaisempaa ja vaatii käytännössä uuden ja kalliin älylaturin. Älä edes harkitse lataavasi näitä tavallisellla akkulaturilla, muuntajalla tms. paloturvallisuussyistä. Toisekseen vanhat tutut akkutyypit ovat teho/painosuhteeltaan täysin riittäviä laivamallikäyttöön ja edullisia hankkia. Uudempia litiumiin perustuvia akkuja käytetään lähinnä lennokkiharrastuksessa, jossa akkujen massa on kriittinen tekijä. Laivamalli harvoin muodostuu liian painavaksi akkujen vuoksi. Useimmiten laivaan joudutaan akkujen lisäksi vielä lisäämään lyijyä tms. lisäpainoa, jotta malli ui oikeassa syvyydessä. Tässä artikkelissa keskitytään tavallisessa laivamallikäytössä olevien NiCd-, NiMH- ja lyijyhyytelöakkujen ominaisuuksiin ja käyttöön.
NiCd
Nikkelikadmiumakuille on tyypillistä suurin virranantokyky. Akussa on pieni sisäinen vastus, minkä ansiosta se kykenee luovuttamaan hyvin suuria virtoja. Samasta syystä se kestää hyvin pikalatausta, eli sitä pystytään myös lataamaan suurilla virroilla akun kärsimättä. Teho-painosuhteeltaan NiCd on huonohko, tämän kolmikon keskitasoa.
NiCd-akut kärsivät ns. muisti-ilmiöstä. Jos akku puretaan vaikkapa puoleenväliin ja ladataan sitten täyteen, akku muistaa tämän puolenvälin ja sen jälkeen purkautuu vain siihen asti, eli akun kapasiteettia menetetään. Käytännössä tämä ei ilmene yhdellä eikä vielä kahdellakaan latauskerralla, mutta hyvä tapa on purkaa akku tyhjäksi aina käytön jälkeen ja ennen seuraavaa latausta. Laadukas NiCd-kenno kestää syväpurkausta ja sen voi huolettaa purkaa 0,9V jännitteeseen ennen latausta. Akkua voi myös säilyttää purettuna. Säilytyksen jälkeen ensimmäinen lataus on tehtävä hidaslatauksena eli pienellä virralla. Tähän palataan vielä myöhemmin.
On hyvä tiedostaa, että kadmium on vakava ympäristömyrkky. Tämä tekee nikkelikadmiumakusta ongelmajätteen,
eikä sitä saa missään tapauksessa heittää kaatopaikalle.
(Päivitys 30.8.2006: Sain tietää, että nikkelikadmium-akkujen valmistus
on kielletty ja ne tulevat katoamaan kauppojen hyllyiltä.)
(Päivitys 8.8.2007: NiCD-akkuja ei saa käyttää enää uusissa
kuluttajaelektroniikkalaitteissa, mutta "erikoiskäyttöön" niitä
edelleen valmistetaan ja myydään.)
NiMH
Samoin kuin NiCd, NiMH kykenee (nykyään) suuriin purku- ja latausvirtoihin. Teho-painosuhteeltaan NiMH on parempi, ja samankokoisesta kennosta saadaan 20-30% suurempi kapasiteetti. Tästä voi olla hyötyä tietyntyyppisissä, kuten suurimittakaavaisissa plaanaavissa veneissä, joissa tarvitaan paljon tehoa, mutta massa ei saa kasvaa liian suureksi.
Käyttöiältään NiMH:n sanotaan olevan hieman NiCd:a huonompi, eli se kestää pienemmän määrän latauksia. Tällä ei kuitenkaan ole käytännössä merkitystä, ero on sen verran pieni.
Myös NiMH kärsii muisti-ilmiöstä, mutta huomattavasti lievempänä kuin NiCd. Akkua ei ole pakko purkaa joka käytön jälkeen, mutta se on hyvä tehdä aina silloin tällöin, jotta kapasiteetti säilyy. NiMH-akku purkautuu itsekseen varastoinnin aikana (nyrkkisääntö n. 1%/vrk), mistä syystä se on hyvä ladata täyteen aina silloin tällöin esim. talven aikana, jotta se ei pääse syväpurkautumaan. Sitä se sietää huonommin kuin NiCd.
Lyijyhyytelö
Kemialtaan ja käyttötavaltaan lyijyhyytelöakku poikkeaa täysin kahdesta edellisestä. Se muistuttaa tavallista lyijyakkua lyijylevyineen ja rikkihappoineen, mutta sisältää hapon hyytelömäisessä muodossa, on täysin tiivis (jopa ylösalaisin ollessaan) ja on huoltovapaa. Näitä akkuja on saatava runsaasti eri muotoisia ja -kokoisia ja ne ovat edullisia.
Lyijyhyytelöakku ei kykene luovuttamaan suuria virtoja. Purkaminen suurella virralla jää yritykseksi, sillä akku antaa ulos vain tietyn virran ja toisekseen sen kapasiteetti riippuu purkuvirran suuruudesta. Mitä suuremmalla virralla akkua puretaan, sitä pienempi on sen kapasiteetti. Täyteen, ilmoitettuun kapasiteettiin akku kykenee vain purettaessa suosituksen mukaisella virralla, joka on usein yllättävän pieni (akun kylkeen on merkitty suositeltu maksimivirta). Jos laivamallissa tarvitaan suurta tehoa, lyijyakku voi olla väärä ratkaisu. Edellämainituista syistä johtuen laivan suorituskyky ei olekaan haluttu ja virta saattaa loppua yllättäen kesken. Sääntö pienestä virrasta koskee myös latausta, eli pikalataus ei mahdollista lyijyhyytelöakuilla.
Allaolevassa kuvassa on Panasonicin lyijyhyytelöakku, jonka jännite on 6V ja kapasiteetti 4,2Ah. Merkintä "6V/4,2Ah/20hr" paljastaa, että luvattu kapasiteetti saavutetaan vain, kun purku kestää 20 tuntia. Tämähän tarkoittaa pientä, n. 0,2A virtaa (!). Suuremmilla virroilla purettaessa akku ei anna koko kapasiteettiaan. Akun kylkeen on merkitty myös oikea latausjännite 7,25-7,45V.
Teho-painosuhteeltaan lyijyhyytelö on kolmikon huonoin. Tästä syystä niitä on hyvä käyttää painolastina vaikkapa raskaissa, uppoumarunkoisissa laivoissa. Parhaimmillaan lyijyhyytelöakku on, kun tarvitaan edullista akkua pienille virroille ja massalla ei ole merkitystä, tai sitä halutaan olevan paljon.
Muisti-ilmiötä ei ole, kun muistetaan että lyijyhyytelöakku on aina säilytettävä täyteen ladattuna, muutoin lyijylevyt pääsevät hapettumaan ja kapasiteettia menetetään. Älä pura lyijyhyytelöakkua tyhjäksi, vaan säilytä aina mahdollisimman täytenä.
Lataaminen
NiCd- ja NiMH-akut ladataan samalla periaatteella eli vakiovirralla. Tässä lataustavassa virta pysyy samana koko ajan, ja akun jännite muuttuu latauksen aikana. Hidas lataus tehdään virralla, joka on kymmenesosa akun kapasiteetista (merkitään usein 1/10C). Esim. 2000 mAh akkua hidasladataan 200 mAh ja 500 mAh akkua 50 mAh virralla. Latausaika tällä tavalla on 16h. Osa virrasta menee hukkaan ts. muuttuu lämmöksi. Akun ollessa täysi se ei ota enää varausta vastaan ja alkaa lämpiämään. Huom. Akun jännitteellä ei ole merkitystä latauksen kannalta.
Pikalatauksessa käytetään isompia virtoja, esim. 1C jolloin akkukennoa ladataan virralla joka on sama kuin sen kapasiteetti, esim. 2000mAh kapasiteetin akkua 2A virralla. Latausaikaa on lyhennettävä vastaavasti. Älä jätä pikalatauksessa olevaa akkua ilman valvontaa, tai käytä älykästä laturia, joka osaa katkaista latauksen oikeaan aikaan. Suuri virta pystyy pilaamaan akun, jos latausta jatketaan liian pitkään.
Latauksen automaattinen katkaisu perustuu ns. delta peak -tunnistukseen. NiCd ja NiMH-akkujen jännite nousee, kun akku ottaa varausta vastaan. Kun akku on täynnä, jännite kääntyy laskuun ja tämän perusteella älykäs laturi osaa katkaista latauksen oikeaan aikaan. Tässä kohtaa NiCd- ja NiMH-akut eroavat hieman toisistaan, ja tässä piilee myös yksi sudenkuoppa. NiMH-akulla jännitteen lasku on nimittäin selvästi pienempi kuin NiCd-akulla. NiCd-kennolle säädetty laturi odottaa reipasta jännitteen laskua, ja jos latauksessa onkin NiMH-akku, tätä ei koskaan tule ja akku ylilatautuu ja -kuumenee. Sama toisin päin: NiCd-akkua ladattaessa NiMH-akulle säädetty laturi katkaisee latauksen jo havaitessaan pienen jännitteen laskun, ja akku ei lataudu ihan täyteen. Tämä ei toki ole yhtä vaarallista kuin ylilataaminen. Käytä siis oikean tyyppistä laturia, jos luotat automaattiseen katkaisuun. Vanhemmissa automaattilatureissa ei välttämättä ole valittavissa eri herkkyyttä delta peakille. Käytä tällaista laturia vain NiCd-akkujen lataamiseen.
Robbe Power Peak Infinity 2 -laturissa delta peak säädetään seuraavasti: normal on tarkoitettu NiCd-akuille, sensitive (=herkkä) NiMH-akuille. Käyttäjän vastuulla on valita oikea tapa, eikä laturi tunnista sitä automaattisesti. Seuraavassa kuvassa on Robbe "6+3" laturi, jolla voi ladata NiCd, NiMH ja lyijyhyytelöakkuja. Laturi on edullinen, eikä siinä ole minkäänlaista automatiikkaa.
Lyijyhyytelöakun lataaminen tapahtuu vakiojännitteellä. Latauksen aikana jännite pysyy samana, mutta virta muuttuu latauksen edistyessä. Tyhjä akku ottaa vastaan suurempaa virtaa, ja akun täyttyessä virta pienenee ja lopulta lähestyy nollaa. Lyijyakkua ei käytännössä voi yliladata tällä menetelmällä, olettaen että käytetty latausjännite on oikea (joka on merkitty akun kylkeen), ja akun voi jättää laturiin pitkäksikin ajaksi. Käytä vain tätä jännitettä ja lyijyhyytelöakuille suunniteltua laturia, joka osaa pitää jännitteen oikeana ja vakaana. Älä käytä auton akkulaturia, muuntajaa tms. joka ei tarjoa riittävän vakaata jännitettä. Oikean tyyppisellä laturilla akku latautuu täyteen ja sen käyttöikä ja kapasiteetti pysyy hyvänä.
Yhteenvetotaulukko
|
|
NiCd |
NiMH |
Lyijyhyytelö |
|
Pikalataus mahdollinen |
kyllä |
kyllä |
ei |
|
Kestää suurta purkuvirtaa |
kyllä |
kyllä |
ei |
|
Kestää syväpurkausta |
kyllä |
ei |
ei |
|
Lataustapa |
vakiovirta |
vakiovirta |
vakiojännite |
|
Säilytys |
purettuna |
ladattuna |
ladattuna |
|
Muisti-ilmiö |
on |
hyvin lievä |
ei, jos säilytetään ladattuna |
|
Ekologia |
ongelmajäte (kadmium) |
ongelmajäte, mutta ympäristöystävällisempi kuin NiCd |
|
Aiheeseen liittyviä linkkejä
http://www.rcbatteryclinic.com/
http://www.hardingenergy.com/pdfs/ComparisonofApplication.pdf
http://www.the-powersource.com/batmaint.html
- teksti ja kuvat: Harri Niemi
Harri Niemi tai Suomen laivamallien rakentajat r.y. ei ota mitään vastuuta sinun akuistasi tai niiden aiheuttamista vahingoista.