Akumulátorové ručné náradie

Na koncertných plagátoch často nájdeme krátku poznámku „unplugged“ – čo znamená, že spevák a jeho hudobný sprievod nebudú káblami pripojení k zosilňovačom a tentoraz sa zaobídu bez nich. Ale bez pripojenia, prípadne bez možnosti pripojenia, sa občas môže ocitnúť ktokoľvek z nás.

Všade tam, kde nie je rozvod elektrickej energie (na chatách, chalupách, lodiach a pod.) a my potrebujeme rezať, vŕtať, skrutkovať, hobľovať, či používať nejaké iné elektrické náradie, nám pomôže akumulátorové nástroje – teda stroje, ktoré sú poháňané elektrinou z akumulátora.

Elektrochemické akumulátory

Najbežnejšie typy akumulátorov sú založené na elektrochemickom princípe. Prechádzajúci prúd v nich vyvoláva vratné chemické zmeny na elektródach, ktoré sa prejavia rozdielnym aj zmeneným elektrochemickým potenciálom elektród. Z nich potom môžeme čerpať elektrickú energiu naspäť, pričom sa nabíjaním zmenené chemické zlúčeniny na jednotlivých elektródach vratným procesom dostávajú do pôvodného stavu.

Napätia jednotlivých článkoch chemických akumulátorov sú relatívne malé (okolo 1,4 – 2 V). Preto ich obvykle združujeme do akumulátorových batérií s napätím 12 V alebo 24 V.

Životnosť
Životnosť väčšiny chemických akumulátorov sa pohybuje okolo 3 rokov (približne 1000 nabíjacích cyklov). Po celý tento čas kapacita akumulátoru postupne klesá kvôli chemickej korózii elektród. Výnimkou je olovený akumulátor, ktorého životnosť nie je obmedzená počtom nabíjacích cyklov, ale výkyvmi prevádzkovej teploty. Životnosť Pb – akumulátora môže byť pri správnej údržbe až 5 rokov, pričom kapacita zostáva konštantná až do konca použiteľnosti, kedy obvykle nastáva skrat olovených dosiek.

 
Aku skrutkovač FCS-360LK s Li-ion akumulátorom má hmotnosť iba 0,34 kg a maximálny točivý moment 2,8 Nm. Aku leštička FCP-480 je určená výhradne na ľahšie brúsne práce – drobné opravy karosérií, odstraňovanie povrchovej hrdze alebo na prípravu kovových povrchov pred náterom.

Využitie
Akumulátory využívame ako pomocný zdroj energie v mnohých strojoch a prístrojoch. Olovené akumulátory sú súčasťou prakticky každého automobilu ako zdroj pre štartér, pretože, na rozdiel od iných batérií, krátkodobo znesú aj extrémne vybíjacie zaťaženie. Ich nevýhodou je veľká hmotnosť a objem. Modernejšie, ľahšie, skladnejšie a najmä výkonnejšie nabíjacie monočlánky sa v súčasnosti využívajú najmä v spotrebnej elektronike – sú nimi vybavené mobily i notebooky. Ich výhodou je, že slúžia ako nezávislý a neprerušiteľný zdroj elektrickej energie.

Akumulátorový pohon pracovného náradia
Výkonné a praktické elektrické náradie v akumulátorovej verzii je dnes už našťastie v sortimente väčšiny výrobcov. Donedávna bolo s akumulátorovým pohonom nemysliteľné napríklad vŕtanie s príklepom, pílenie, brúsenie a rozbrusovanie, vŕtanie i hobľovanie. Vďaka novým typom elektrochemických článkov je táto činnosť už bežná.

Obr.: Akumulátorový zásobníkový skrutkovač

Prvé akumulátorové verzie strojov, ktoré boli dovtedy napájané výlučne z elektrickej siete, sa objavili približne v 60-tych rokoch dvadsiateho storočia, keď sa zaviedla priemyselná výroba niklokadmiových článkov. Kapacita akumulovaného výkonu sa do dnešných čias zvýšila z pôvodných asi 2 WH až na súčasných 86 WH.
Niklokadmiové články

Elektrická energia sa pomocou nabíjačky ukladá do akumulátorovej batérie – zostavy elektrochemických NiCd článkov, ktoré majú napätie 1,2 V. Podľa potreby sa batérie zostavujú do blokov s napätím 2,4 – 3,6 – 7,2 – 9,6- 12 –24 a výnimočne aj 36 V. NiCd články majú oproti množstvu výhodných vlastností aj jednu nevýhodu – tzv. pamäťový efekt, ktorý sa prejavuje najmä pri nesprávnej obsluhe a údržbe. Ak totiž NiCd akumulátor nabíjame skôr, než je celkom vybitý, v ďalšom funkčnom cykle sa článok vybíja iba na úroveň predošlého vybitia. Tým sa samozrejme značne znižuje jeho kapacita a výkon celého zariadenia. Priemerná životnosť NiCd akumulátora býva 600 – 1000 nabíjacích cyklov. Nevýhodou je aj značné zaťaženie životného prostredia pri likvidácii článkov obsahujúcich kadmium.

 
Niklometalhdyridové batérie

Pre tieto nevýhody od roku 2000 postupne na trhu vytláčajú NiCd články akumulátory novej generácie NiMh (niklometalhydridové), ktoré pamäťovým efektom prakticky netrpia. Zároveň majú pri rovnakej veľkosti aj väčšiu kapacitu (NiCd 17 –2 Ah, NiMh 2 – 3 Ah). Teda pri rovnakom výkone majú NiMh akumulátory o tretinu menšie rozmery a sú o pätinu ľahšie. Okrem toho sú ekologicky temer neškodné.

Lítium-iónové akumulátory

Ďalším krokom vpred je zavedenie Li-ión batérií. Lítium-iónové akumulátory sú nielen veľmi výkonné a ľahké, ale nemajú ani pamäťový efekt. Môžu byť znovu nabíjané kedykoľvek, nezávisle na stave nabitia bez toho, aby to malo účinok na využiteľnú kapacitu akumulátorov. Po každom použití môžeme Li-ión akumulátor bez obáv opakovane vložiť do nabíjačky – bez ohľadu na to, či je nabitý, poloprázdny alebo úplne vybitý.

Ďalšiu výhodu predstavuje veľmi nízka miera samovoľného vybíjania – uložená energia je veľmi dlho uchovávaná. Dokonca i po uplynutí jedného roka, čo neboli články používané, stále disponujú väčšinou z uloženej energie. Na rozdiel od bežne používaných niklových akumulátorov má používateľ k dispozícii pri lítium- iónových akumulátoroch plný výkon počas celého cyklu vybíjania.

Temer všetky modely Li-ión článkov pred preťažením, úplným vybitím a prehriatím chráni elektronická ochrana (ECP), ktorá sa stará o to, aby dosahovali maximálnu životnosť. Kontrolka stavu nabitia akumulátora LED užívateľovi ukazuje energiu, ktorá mu zostala k dispozícii. Ukazovateľ teploty LED upozorňuje užívateľa, že sú obaly akumulátora príliš horúce alebo studené. Li-ión akumulátor je o 40% ľahší než NiMh batéria rovnakej kapacity a zvládne aj dvojnásobok nabíjacích cyklov.

Obr.: Akumulátorová uhlová brúska

Systém pripájania

V praxi sa na pohon náradia používajú kompaktné zasúvacie akumulátorové bloky. Pri dlhšom trvaní práce je výhodné mať aspoň jeden ďalší nabitý akumulátorový blok v zálohe.

Zasúvacia koncovka aku-bloku je tvarovaná tak, aby sa kontakty nemohli medzi sebou zameniť. Asymetrické zasúvacie akumulátorové bloky sú konštruované tak, aby otočením o 180º umožnili zmeniť ťažisko náradia a jeho vyváženie pri práci vo vodorovnej alebo zvislej polohe.

Koncovka je vybavená nožovými kontaktmi (najnovšie konštrukcie ich majú kvôli bezpečnému prenosu prúdu až osemnásobné). Kontakty sú z poniklovaného plechu, s minimálnym odporom, čo umožňuje prietok prúdu 60 až 80 A. Tvar komôrok, v ktorých sú uložené kontakty, je tiež zvolený tak, aby sa zabránilo chybnému zasunutiu a zámene pólov.

Obr.: Inteligentná elektronika riadi nabíjací proces 15, 30 a 60 minútových rýchlonabíjačiek.

Kontakty do budúcnosti

Najvyspelejšie typy akumulátorov majú okrem pólových kontaktov aj ďalšie druhy pomocného charakteru: teplotné, kódovacie a rezervné – nazývané aj opčné. Teplotné kontakty prenášajú pri nabíjaní do nabíjačky informácie o teplote pri nabíjaní, aby mohla elektronika reagovať na jej prípadné zvýšenie nad povolenú hranicu (obvykle 45º C).

Na optimalizáciu nabíjacieho režimu slúžia aj kódovacie kontakty, ktoré prenášajú do elektronického systému nabíjačky potrebné dáta (napríklad o miere dosiahnutého nabitia, rýchlosti reakcie na vybíjací impulz a pod.). Rezervné kontakty sú pripravené na využitie v strojoch blízkej budúcnosti s elektronickou inteligenciou a kontrolou, ktoré umožnia optimálnu činnosť náradia a dokonalé využitie energie z akumulátora.

Nabíjačky
Zasúvacie akumulátorové bloky sa nabíjajú v bežných sieťových nabíjačkách alebo v rýchlonabíjačkách, ktoré sú zväčša riadené mikropocesorom. Pôvodné jednoduché jednoúčelové nabíjačky nabíjali akumulátorový blok asi 12 hodín, čo bolo značne neefektívne pri dlhšie trvajúcich prácach a súčasnej požiadavke batériu dôkladne vybíjať – kvôli pamäťovému efektu. Novšia generácia nabíjačiek a NiCd článkov umožnila skrátiť nabíjací cyklus na 3 hodiny. Na potlačenie pamäťového efektu sa v priebehu nabíjania niekoľkokrát strieda nabíjanie a vybíjanie.

Obr.: Univerzálna nabíjačka so šetrným odpájaním MDU (multi- delta U)

Rýchlonabíjačky
Až elektronicky riadené nabíjanie umožnilo skrátiť čas nabíjania (v niektorých prípadoch až na menej než 15 minút). Súčasné rýchlonabíjačky riadené mikroprocesorom pri začatí nabíjania (hneď po zasunutí aku-bloku) skontrolujú stav nabitia článku a podľa toho zvolia spôsob rýchlonabíjania bez nedovoleného prehriatia.

 
Akumulátorová reťazová píla na jedno nabitie dokáže odrezať 35 asi 5,5 cm hrubých konárov. Akumulátorová elektronická chvostová píla so zlepšeným beznástrojovým systémom výmeny pílových listov.

Napríklad – po 900 milisekundách nabíjania silným prúdom sa proces na 2 – 3 milisekundy preruší, potom sa články asi 5 milisekúnd vybíjajú dvojnásobne silným prúdom. Tým sa obmedzí tvorba veľkých kryštálov chemických zlúčenín na elektródach, ktoré spôsobujú pamäťový efekt. Tento proces sa po sekundách opakuje po celý čas (12 –15 minút) pulzného nabíjania. Aby sa akumulátor pri nabíjaní neprehrial, majú moderné nabíjačky integrovaný chladiaci systém – obvykle ventilátor. Inteligentné nabíjačky indikujú LED diódami postup i dosiahnutie plného nabitia a prepnutie na automatický režim určený na udržiavacie nabíjanie.

Obr.: Akumulátorová ručná okružná píla je výborným pomocníkom pri prácach v interiéri (napríklad pri montáži kuchyne) ale i exteriéri – povedzme pri práci na streche.


Konštrukčné zlepšenia
Špecifickým možnostiam odberu energie z akumulátorov výrobcovia prispôsobili i niektoré konštrukčné prvky elektrického náradia. Napríklad pri nahradení dvojpólového statora elektromotora štvorpólovým je odber prúdu pri rozbehu a vrcholnom výkone výrazne nižší.

Plynulejší rozbeh štvorpólového motora, pokojnejší chod pri menovitom zaťažení a citlivejšia regulácia chránia pred opotrebovaním konštrukčné prvky motora. Zároveň sa s dosiahnutým vyšším krútiacim momentom zmenšuje odber prúdu (najmä v záťažových špičkách), čím sa významne predlžuje životnosť akumulátora.

Obr.: Akumulátorový rázový uťahovák s vysokým krútiacim momentom do 140 Nm.

Bez kábla

V akumulátorovej verzii dnes už môžeme získať temer každé elektrické náradie. Vďaka novým objavom v oblasti vývoja akumulátorov už nie je kuriozitou a ani púhou náhradou za sieťové stroje. Aku-verzie sú rovnocenným partnerom výkonnému a praktickému elektrickému náradiu pre domáceho majstra i remeselníka a dokáže pracovať aj v tých najtvrdších podmienkach, pričom nie sme odkázaní na dostupnosť elektrickej siete.

Text Ing. Róbert Koráb
Foto: Bosch, Makita, Proma, Protool

Komentáre

Pridať komentár

Emailová adresa nebude zverejnená, poskytnutá iným osobám ani na ňu nebudeme nič posielať. Je však nutná na prevádzku diskusií. Pozrite si naše podmienky spracovania osobných údajov. Ak sa vám nechce zakaždým zadávať prezývku a email, využite možnosť bezplatnej registrácie.