Baterie pro 21. století

Toto je v současnosti nejlepší zdroj energie pro moderní výkonné LED čelovky a není důvod dnes používat jiný typ baterií. Používá je NASA v satelitech, automobilky v elektroautech pro jejich jasné výhody - vysoká kapacita, nízká váha, spolehlivost.

Li-ion baterie mají nejlepší poměr mezi kapacitou a váhou (objemem). Jsou vyzkoušené průmyslovým použitím a jsou bezpečné. Články jsou lehké a uchovávají velké množství energie. Vyrábějí se pouze nabíjecí, nezatěžují tedy životní prostředí jako jednorázové baterie. Vydrží Vám mnoho let bez komplikací a pokud se o ně budete starat správným způsobem, nepocítíte během let ani žádný pokles kapacity. Jsou opravdu spolehlivé, pokud je nabijete, tak energii vždy dodají.

Li-ion (Lithium-Iontové) baterie jsou téměř výhradně cylindrické (válcové) baterie s nabíjecím napětím 4.2V a životností 500-1500 plných cyklů. Existují různé velikosti, ale zcela nejrozšířenější typ je velikost 18650, tedy válcový článek o průměru 18mm a délce 65mm. V poslední době elektroautomobily táhnout dopředu typ 21700. 

Technické parametry současných 18650 baterií

Všechny standardní li-ion baterie se nabijí CC/CV algoritmem na konečné napětí 4.2V. Průměrné, nominální napětí, je 3.6V (příp. 3.7V). Baterie se obvykle dají vybít až na 2.5V, dříve šlo jen do 2.8V. Nižší napětí je nebezpečné, článek můžete zníčit. Vnitřní odpor se podle značky a typu (nízko či vysoko-proudové) pohybuje od 20 do 80 miliohmů.

Nejvyšší současná kapacita je cca 3450mAh s uloženou energií nejvýše 12.4Wh. Při vyšším odběru se uložená energie (i kapacita) trochu snižuje. 

Baterie umožňuje obvykle max. proudový odběr (Max. Discharge Continuous Current) 3-10A, vysoko-proudové baterie používané v nářadí až 30A.

Baterie poskytne 500-1000 plných cyklů než kapacita klesne na 70-80% původní hodnoty. Životnost lze prodloužit (resp. stárnutí zpomalit) šetrným nabíjecím proudem (např. C/5), dlouhodobým skladováním v částečně nabitém stavu (3.93V = 70%) a použítím pouze nad 0°C. Více o prodloužení životnosti se dozvíte zde: www.luciferlights.net/li-ion-starnuti

Baterie fungují i ve velkém mrazu - např. -20°C - takovým použitím se ale nenávratně a postupně ničí. Více o používání v mrazu se dozvíte zde: www.luciferlights.net/li-ion-v-mrazu

Stav nabití baterie lze změřit voltmetrem, napětí článku poměrně přesně udává stav nabití. Stav nabití v závislosti na výrobci a označení baterie se může lehce lišit. Obecně stav nabití poskytuje následující tabulka:

Výhody a nevýhody li-ion oproti běžným bateriím

Oproti AA a AAA bateriím (technologie NiMh, NiCd aj.) mají mnoho výhod. Baterie vydrží déle (typicky mnoho let), mají nižší vnitřní odpor a jsou stavěné na vysoké proudové odběry. Kapacita pod vysokým odběrem jim nijak výrazně neklesá. Li-ion baterie není třeba nijak před prvním použitím formátovat, můžete je používat kdykoliv, v libovolném stavu nabití.

Li-ion mají velmi nízké samovybíjení, mohou ležet ladem měsíce a jejich stav nabití se příliš nezmění. 

Li-ion baterie (velikosti 18650, 21700) nabízí v současnosti nejvyšší poměr kapacita/váha a kapacita/objem. NiMh baterie jsou výrazně (skoro bych napsal "řádově") horší, tedy při stejné uložené energii taháte s sebou znatelně vyšší váhu a počet akumulátorů.

Pokud je třeba najít nějaké nevýhody, pak je jimi to, že je rozhodně nekoupíte kdekoliv na světě. Další nevýhodou může být to, že Vaše současná nabíječka tyto baterie pravděpodobně nedokáže nabít nebo že se batterypack nabijí vlastní síťovou nabíječkou přes kabel. Poslední nevýhodou je větší nebezpečí, které hrozí, pokud baterii úmyslně zkratujete nebo silně mechanicky poškodíte. Běžným použitím toho však nikdy nedosáhnete a kvalitní články jsou opravdu velmi bezpečné.

Vhodné i pro dlouhé cestování a expedice

Často se na nás obrací lidé s prosbou s výběrem čelovky na expedici a požadavkem na napájení klasickými AA bateriemi. Argumentem je to, že je koupíte všude.

Ve skutečnosti jsou li-ion naprosto použitelné i pro lidi, kteří jsou 2-3 týdny mimo civilizaci. Vysoká kapacita v malé váze a vysoká účinnost našich čelovek umožňuje to, že pokud budete se svitem šetřit, naprosto Vám výdrže dostačí a předčí jakékoliv jiné čelovky s AA bateriemi. Příkladem je Lucifer M čelovka, které na nejnižší mód svítí 25 lumenů a vydrží na jeden batterypack svítit 180h. Svit 25 lumenů často svítí svým maximimem obyčejné plastové čelovky, na takový svit lze v noci pohodlně chodit. Výdrž 180 hodin by měla vystačit na 2-3 týdny, příp. s jedním náhradním batterypackem dosáhnete 360h, tedy 15 dnů nepřetržitého svícení nebo 30 dnů při celonočním svícení!

Chráněné a nechráněné li-ion

Chráněné baterie mají na sobě přidělanou ochranu proti podvybití, přebití a zkratu. Vyrábí se vždy z nechráněných článků přidáním ochranného obvodu. Jsou tedy o něco delší (2-4mm) a silnější (0.5 - 1mm). Chráněné články se obvykle používají jako vyměnitelné, tedy uživatel s nimi může manipulovat, nabíjet je v externí šachtové nabíječce a jako ostatní běžné baterie vkládat do pouzdra světla. Chráněné baterie nabízí mnoho různých výrobců, kvalita výsledné baterie závisí na kvalitě původního článku a kvalitě ochranného obvodu (např. jak vysoký je dodatečný odpor ochrany).

Nechráněné baterie se často spojují paralelně nebo do sérií bodováním, navrch se pak přidá jeden ochranný obvod, společný pro celý batterypack. Batterypack se pak nabíjí přes kabel a baterie nelze nijak rozebrat na jednotlivé články. Toto je časté schéma baterií pro výkonné čelovky, jelikož při vyšších odběrech je nutno baterie dávat do série, např. 2S. Dosáhne se tak vyššího napětí a proud procházející kabeláží je pak poloviční.

Pozor na všudypřítomné falzifikáty!

Naprosto běžná praktika čínských výrobců je přehánění kapacity baterií. Vězte, že kvalitní li-ion baterie pochází striktně a výhradně jen od výrobců Panasonic (Sanyo), Samsung, LG a Sony. Jen tito 4 výrobci umí vyrobit nechráněné li-ion články se světovou, špičkovou kapacitou. Ta v současnosti (březen 2020) znamená parametry:

• 258.3 Wh/kg při vybíjení 0.5A
• 749.7 Wh/l při vybíjení 0.5A

Tyto parametry, velmi podobné, dosahují 18650 baterie Samsung INR18650-35E, Panasonic NCR18650B, Panasonic NCR18650GA, Sony US18650VC7 a LG MJ1 18650. Opravdu žádný jiný výrobce se jim kapacitou neblíží!

Baterie velikosti 21700 a 20700, které se rozšířily hlavně kvůli elektro-automobilismu (Tesla) stále ani dnes nenabízí lepší poměr váha/kapacita než standard 18650, ale jsou jim blízko. Např. LG 21700 M50 5000mAh a Samsung INR21700-50E 5000mAh.

Vývoj li-ion technologie a prognóza dalšího vývoje

Li-ion technologie vznikala v 80. a 90. letech 20.století. Např. v roce 1994 byly dostupné 18650 články s vysokou cenou a kapacitou jen 1100mAh. Od roku 2000 zažila li-ion technologie prudký rozvoj a pravidelné výrazné zvyšování kapacity. Postupně se ustálil standard velikosti válcového článku 18650 (18mm průměr, 65mm délka), baterie se prosadily v notebookových bateriích. V poslední pár letech se vývoj zpomalil až skoro zastavil u hranice kapacity 3400-3500mAh.

Teprve v posledních letech se objevily další výrazné oblasti použití li-ion. Díky dostatečné kapacitě se masově rozšířily do elektromobilismu (elektro-auta, elektro-koloběžky, elektro-kola atp.) a přenosného elektronářadí. V čelovkách se používají dlouho, ale z celkového množství vyrobených článků jde o minoritní oblast.

V současnosti vývoj li-ion baterií narazil na fyzické bariéry pro další zvýšení kapacity a mnoho vědců pracuje na další generaci li-ion baterií. Velmi slibnými se zdá vývoj tzv. "solid state" baterií, tedy baterií bez tekutého elektrolytu a baterií s graphenovými elektrodami. Žádné takovéto baterie dnes (březen 2020) ještě neexistují! Je ale reálné, že by se během 3-5 let mohly objevit. Výzkumníci předpovídají, že by pak kapacita mohla narůst až o 1/3. Ve všech odhadech kde je slůvko "až" bych byl raději opatrnější a pesimistický.

Další informační zdroje

https://batteryuniversity.com/learn/ - obrovský zdroj informací o li-ion bateriích
https://lygte-info.dk/info/indexBatteriesAndChargers%20UK.html - rozsáhlá měření kapacity všech možných li-ion baterií