מאמר על סוגי סוללות

[MDreamer]

מאמר על סוללות
מאמר זה בא לעשות קצת סדר בכל הנוגע לסוגי סוללות והשימוש לשהן לנו כטינסאים.

לטיסנאים יש צורך במקור אנרגיה חשמלי מסיבות שונות, זה יכול להיות לארגז הטסה, לסרווים של הטיסן, למזוודות הטענה, למזוודות FPV, למנוע וכ'ו. הגדרת הצורך שלנו תשפיע על בחירת הסוללה. בדר"כ נגיע לסוג אחד או 2 שיכולים לשמש אותנו ובסוף נבחר בדר"כ לפי הכיס.
אז מה הפרמטרים של סוללה?
1. קיבול
2. גודל פיסי
3. משקל
4. מתח לתא (זה בעצם המשקל והגודל משום שעוד משקל ייתן עוד מתח אך אני מייעד לו סעיף מיוחד מסיבות שאסביר אח"כ)
5. מחיר
6. מאפיין מיוחד

היום קיימות 6 טכנולוגיות עיקריות של סוללות שמעניינות אותנו כטיסנאים:
1. מצבר עופרת אטום מסומן כ SLA או PB
2. ניקל-קדמיום מסומן כ NICD
3. ניקל-מטל-היידריד מסומן כ NIHM

3.1 Eneloop

4. ליטיום-יון מסומן כ LION או LI-ION
5. ליטיום-פולימר מסומן כ LIPO
6. ליטיום-נאנופוספט מסומן כ LIFEPO4

6.1 A123 - LIFEPO4

חשוב ביותר להכיר את המאפיינים של כל סוג סוללה ואת הדרישות ויכולות הטעינה כדי להגדיר בתכנון המקורי את הדרישה מהסוללה.

מצבר עופרת אטום - Sealed Lead Acid - SLA, PB
נבחר במצברי עופרת כאשר שאלת המחיר הינה חשובה יותר משאלת המשקל והנפח.
בדרך נראה סוללות כאלו בארגזי הטסה, סטרטרים של מנועי דלק או ב... אזעקות של בתים. מצברי העופרת נטענים בשיטה של מתח קבוע (CV) עם הגבלת זרם למניעת חימום יתר בתחילת הטעינה כתוצאה מאספקת מלוא זרם הטעינה במצב של מצבר פרוק. מצברים אלה מסוגלים להימצא במצב טעינה תמידית לכל אורך חיי המצבר (ומאוד אוהבים את זה, מצבר שיהיה כל חייו בטעינה יאריך את חייו לפעמים פי 2) וזאת כל עוד נשמרים מגבלות הטעינה, כגון: מתח מקסימלי שתלוי במצבר(יש כמה מתחים שכיחים) וטמפרטורת טעינה ועבודה קרובים לטמפ‘ חדר (20-30 מעלות צלזיוס).



1. קיבול - יחסית נמוך לגודל הפיסי
2. גודל פיסי - גדולה מאוד
3. משקל - כבד מאוד
4. מתח לתא - עקרונית 2.4V טמפ' טעינה אך אנו מתייחסים לכל ה PACK שזה בדר"כ 6V או 12V או 24V - כלומר כל שרשרו תאים בטור שמביא קרוב לרמות המתחים שצויינו
5. מחיר - פה היא מנצחת. זול זול זול.
6. מאפיין מיוחד - טעינה קבועה

ניקל-קדמיום - Nickel Cadmium NICd
סוללות ניקל-קדמיום הן הסוג האהוב עלי מסיבה אחת - שרידות(אסביר בהמשך) ובאופן יחסי הן זולות.
תא NICD איכותי יכול לספק במהלך חייו מעל 500 ועד 1,000 מחזורי טעינה. מחזור? מחזור מוגדר כפריקה חלקית או מלאה ושלאחריה מגיעה טעינה מלאה
לסוללות NICD יש רמת פריקה עצמית גבוהה יחסית שמשתנה בהתאם לאיכות הסוללה. כמו כן, תא NICD ניזוק מהפיכת קוטביות ולכן במארז המכיל מספר סוללות יש להימנע מפריקה עמוקה כדי להימנע מהפיכת הקוטביות של התא הבודד בעל הקיבול הנמוך ביותר.
כדי להימנע מבעייה זו, יש חשיבות לנטר את מתח המארז הכללי ולהפסיק את הפריקה במתח של 1.00-0.8 וולט לתא.
טעינה סוללות NICD ניתן לעשות עם מטען 'טיפש' ע"י טעינה בזרם קבוע עם הגבלה של זמן הטעינה (תלוי ביחס בין קיבול הסוללה לזרם הטעינה).
ככל שהיחס בין קיבול הסוללה לזרם הטעינה קטן יותר, אזי יש יותר חשיבות לדייק בזמן הטעינה המותר.
עם מטען 'חכם' ע"י טעינה אוטומטית המוסתת ע"י המתח של ה PACK
סוללות אלו גם פחות פגיעות לטעויות טעינה ויותר עמידות.
איפה נראה סוללות כאלו?
נראה סוללות כאלו בתור סוללות מקלט או משדר בעיקר.
מדוע אני אוהב אותן במיוחד ואעדיף להשתמש בהן על פני אחותן ה NIHM? שרידות!
נגיד שיש PACK של סוללות מקלט 4.8V 700mAh לטיסן טריינר כלומר 4 תאים בטור כאשר נפחו של כל אחד מהם הוא 700mAh. נגיד ש'מת' תא אחד. כמעט בכל סוג של סוללות אחרות (הקשורות לנו הטיסנאים) הטיסן ינסה להגיע לסין בצורה הקצרה ביותר - קו ישר דרך כדור הארץ, אך לא ב NICD! שם מתח ה PACK יירד ל 3.6-3.7V ועדין תהיה לנו שליטה, מייד נרגיש שיש בעיה כי הסרווים עובדים לאט והטיסן עצל, ננחת ונגיד תודה. אותו כנ"ל תקף גם במשדרים. לי אישית קרה ש'מת' תא של NICD במשדר תוך כדי עבודה.. המתח ירד מ 10.5 ל 9.2 ומייד נחתתי. זה הציל לי F5B.

מגרעת אחת מאוד חמורה שיש לסוללות הללו הינה אפקט הזיכרון. אם לדוגמה סוללה הייתה מלאה והשתמשנו ב20% מהאנרגיה בה וברצננו לטעון אותה שוב אנחנו חייבים לפרוק אותה לגמרי ורק אז לטעון אותה בחזרה. זאת כדי למנוע את אפקט הזיכרון שגורם לפגיעה בקיבול הסוללה. אם נטען סוללה NICD שלא הייתה ריקה לגמרי לבסוף יפגע הקיבול שלה באופן קבוע לכן מומלץ להשתמש במטען חכם כיד לפרוק אותה עד ל 0.9V לתא ורק אז להטעין אותה ל 100%.


1. קיבול - בינוני-נמוך לגודל הפיסי
2. גודל פיסי - טוב-בינוני
3. משקל - בינוני לעומת ה NIHM
4. מתח לתא -1V מתח פריקה מקסימלי, 1.2V נומינלי 1.5V מתח סיום טעינה. ב4-5 תאים היא מתאימה למקלט - זה יוצא 4.8V נומינלי או אחרי סיום טעינה 6V בערך וב 8 תאים היא מתאימה למשדר - זה יוצא 12V בסיום טעינה.
5. מחיר - בינוני
6. מאפיין מיוחד - שרידות ואפקט הזיכרון

ניקל-מטל-היידריד - Nickel Metal Hydride - NIMH
סוללת ה- NIMH קלה יותר ובעלת צפיפות אנרגיה גבוהה יותר מאשר מציעה NICd אך יש לזה מחיר: סוללות אלה ניזוקות מהר יותר כתוצאה מטעינת יתר או כאשר נחשפות לטמפ‘ יתר או טמפ‘ סביבה גבוהה יותר מהמוגדר במפרט התא. בנוסף קצב הפריקה העצמית שלהן גבוה מאוד והן פורקות באופן טבעי את האנרגיה שלהן גם כאשר הן אינן בשימוש.
לכן חשוב מאוד למדוד את זמן הטעינה הנדרש לסוללה ולהימנע מטעינת יתר.
סוללות אלה פגיעות יותר לפריקת יתר, כמו כן, פריקה מתחת למתח מסויים עלול לגרום לאיבוד קבוע של כ- 10%-20% מקיבול הנקוב של הסוללה.
סוללות אלה סובלות מפריקת עצמית הגבוהה ביותר: כ- 20% (!!!) ביום הראשון ובכל יום לאחר מכן 1%-4% - זה המון! לכן אם אתם מטיסים עם סוללות כאלו חשוב לבדוק לפני כל יציאה לשטח (אצל רוב האנשים זה בהפרש של שבועות) את מצב הסוללה.
סוללות ה- NIMH נטענות בזרם קבוע עם הגבלה של זמן הטעינה (תלוי ביחס בין קיבול הסוללה לזרם הטעינה).
אולם עקב פגיעותן הרבה לטעינת יתר יש חשיבות גבוהה יותר מאשר ב- NiCd לדייק במשך זמן הטעינה המייחס לקיבול והמוגדר ע‘‘י יצרן הסוללה.
איפה נראה סוללות כאלו?
נראה סוללות כאלו בתור סוללות מקלט או משדר בעיקר. עוד שימוש של הסוללות הללו הוא לתחרויות F5D, F5J. הסולללות הללו אחרי ZAP (העברת אנרגיה מטורפת בהן שקורעת את הממברנה הפנימית של התא אך מקצרות במאות, אם לא אלפי אחוזים את חיי התא) יודעות לתת זרמים מטורפים.



1. קיבול - בינוני לגודל הפיסי
2. גודל פיסי - טוב
3. משקל - טוב
4. מתח לתא - 1.2 נומינלי 1.5 טעינה. ב4-5 תאים היא מתאימה למקלט - זה יוצא 4.8V או 6V נומינלי וב 8 תאים היא מתאימה למשדר זה יוצא 12V בסיום טעינה.
5. מחיר- בינוני
6. מאפיין מיוחד - ZAPing ופריקה עצמית גבוהה.

ניקל-מטל-היידריד - Eneloop - NIMH
בפועל סוללות ה Eneloop אלו סוללות שמבוססות על אותה כימיה של סוללות ה NIHM, למעשה הן תת-סוג שלהן.. יש להן אותם מתחים וגודל פיסי דומה, גם צפיפות האנרגיה דומה (יחס המשקל-watt) אז מדוע מוקדש להן סעיף נפרד?
סוללות ה Eneloop הומצאו ע"י Sanyo ב 2005 - כלומר זאת ממש טכנולוגיה חדשה יחסית לכימיה של סוללות. החידוש שבהן הוא מנגנון ה LSD, לא, אני לא הוזה LSD = Low Self Discharge וזה בעצם אומר שהבעיה העיקרית שיש בסוללות ה NIHM נפתרה. במקום לאבד כ- 20% ביום הראשון ובכל יום לאחר מכן 1%-4% הן מאבדות בערך כ 10% בשנה הראשונה בלבד. זה שיפור משמעותי וזה בעצם מה שמקנה להן התייחסות מיוחדת. מספר מחזורי הטעינה שלהן עומד סביב 1500 עפ"י Sanyo.
החיסרון היחידי שלהן כרגע הוא שהן באות רק ב 2 גדלים: AAA בקיבול של 800mAh או AA בקיבול של 2000mAh. יש גם סדרה חדשה של סוללות Eneloop שנקראת XX והיא מסוג AA ולה יש קיבול של 2500mAh אך מספר מחזורי הטעינה שלה קטן פי 3 כלומר רק 500.
איפה אני ממליץ להשתמש בהן?
בשלטים.. כן כן בשלטים. לדעתי כדאי לנטוש את סוללות הLiPo בשלטים, הקיבולת כמעט זהה אך אין להן את מפל המתח של סוללות ה LiPo שאנחנו מאוד לא אוהבים בשלט שלנו.. לא נעים לחחות אותו באמצע טיסה. זה יכול לעלות בחיי הטיסן.
איפה עוד? בדאוני צוקים! מדוע? יש לי מספר דאוני צוקים, ובגלל משטר הרוחות בארץ שלנו וחוסר היכולת שלי אישית לתכנן האם אני הולך להטיס ביום X או Y הרבה פעמים וויתרתי על הטסה מכיוון שלא חשבתי\הספקתי להטעין את סוללות הטיסן לילה לפני. היום המצב אצלי הוא שכל הטיסנים טעונים תמיד ומחכים ליום פעולה.. ממש כמו בימ"חים הם יכולים לשבת מצדי שנה+ על המדף לפני שאחשוב בכלל להטעין אותם. עכשיו צריך רק לזכור לטעון אותן אחרי יום הטסה כשחוזרים עם חיוך מרוך על הפנים, חול בשינים והלשון ברצפה.

איפה היינו רוצים עוד להשתמש בהן? בטיסנים חופשיים מאותה סיבה שבה אני אישית אוהב להשתמש בהן בדאוני צוקים. אין חשש מפריקת יתר או לזכור להטעין אותן לפי הטסה. לצערינו היום הסוללות הללו מיוצרות רק בגדלים והקיבול שצויין למעלה, אך אני בטוח שבעתיד ייצרו אותן גם בגדלים והקיבול שמתאים גם לחופשיים כלומר 100mAh-180mAh. הרי דרושות אותן תכונות גם למכשירים אחרים. נחכה בסבלנות.

ליטיום-יון - Lithium-Ion LI-ION
סוללות הליטיום-יון ניחנות באנרגיה משקלית ואנרגיה ניפחית הגבוהה ביותר ביחס לNICD, NIHM, PB.
סוללות הLI-ION נטענות בשיטת CV-CC , כלומר, טעינה בזרם קבוע ועם הגבלת מתח, ולאחר השגת המתח הרצוי, עוברת הטעינה למתח קבוע וזרם משתנה ויורד עד לרמת זרם נמוכה שבה מופסקת הטעינה.
טעינת יתר, עלולה לגרום לפגיעה במארז הסוללות ולהתפוצצות גוף הסוללה.
טעינה בטוחה ניתנת ליישום ע‘‘י תכנון של 3 מרכיבי המערכת, הסוללה, המטען והמערכת:
א) הסוללה: בניית מארז סוללות הכולל רכיבי הגנה וניטור טמפ‘ ומעגלי הגנה למניעת טעינת יתר, פריקת יתר וקצר כל המערך הזה נקרא גם מעגל הגנה.
ב) המטען: שימוש במטען חכם המקיים מתח טעינה מדוייק (עד לדיוק של כ- 2% ב tolerance המתח), זרם טעינה שלא עולה על המותר, טיימר ביטחון (יש מטענים שונים המיישמים טיימר בסוף הטעינה או בשלבים שונים של הטעינה), התחלת טעינה אך ורק במידה ויש ביטחון שמתח הסוללה תקין (גבוה מ 3 וולט לתא).
ג) המערכת: תכנון המערכת כך שתתנתק מהסוללה כאשר מתח הסוללה נמוך מ 3 וולט לתא. כמו כן, שהמחברים והחיווט הפנימי לא יגרמו לסכנת קצר במגעי הסוללה, ושהמערכת לא תצרוך זרם גבוה יותר ממקסימום יכולת הסוללה.
סוללות אלו שכיחות בפלאפונים ובארגזי הטסה הדורשים צריכת זרם נמוכה. מדי פעם בא חכם השעה ועולה של סטארטפ.. "רגע!!! יש לי מלא סוללות פלאפונים אני עשיר אשתמש בהם לטיסנים, אמכור לכולם!!! יוהו!!!" אז זהו שלא.. יכולת פריקת הזרם שלהן היא נמוכה מאוד - הם מצטיינות במשקל קל, אחסון לאורך זמן עם פריקה מזערית (אחוזים בודדים במשך שנה), ולא תופסות הרבה נפח.



1. קיבול - גבוהה מאוד לגודל הפיסי
2. גודל פיסי - קטנה - מצויין
3. משקל - קל מאוד
4. מתח לתא -2.9V מתח פריקה מקסימלי 3.6V נומינלי 4.1V טעינה
5. מחיר - יקר-בינוני
6. מאפיין מיוחד - הטמבל ממקודם שחושב שעלה על המצאת המאה