Akumulator może przyjąć różne formy i kształty. Duże znaczenie mają koszty zakupu i eksploatacji, bezpieczeństwo użytkownika, a nawet takie rzeczy, jak łatwość obsługi. Opcji na rynku jest kilka i – jak to zwykle w życiu bywa – każda ma swoje zalety i wady. W tym artykule przedstawię Ci podstawową wiedzę z tego zakresu.
Zanim rozpoczniesz dalsza lekturę, sugeruję przejrzeć i zapamiętać poniższy słowniczek definicji:
Powyższe konfiguracje bardzo często łączy się ze sobą, dzięki czemu można np. uzyskać akumulator o napięciu 3.6 V i pojemności 7500 mAh – wystarczy w połączeniu równoległym podmienić pojedyncze ogniwo na 3 szeregowo połączone ze sobą ogniwa.
GĘSTOŚĆ ENERGII – parametr mówiący ile energii jest „upakowane” w 1 kg akumulatora. Im więcej, tym zwykle lepiej, bo można zastosować mniejszy akumulator do osiągnięcia podobnego celu.
LICZBA CYKLI – określa trwałość ogniwa. Mówi ile razy możesz rozładować i naładować ogniwo, zanim przestanie się nadawać do użytku. Liczba dotyczy oczywiście sugerowanych warunków pracy, uwzględniając takie rzeczy, jak temperatura, prądy ładowania/rozładowywania, sposób przechowywania oraz zalecany tryb pracy.
NAJWYŻSZE SUGEROWANE NAPIĘCIE NA OGNIWIE – jest to napięcie, do którego zwykle można w miarę bezpiecznie naładować ogniwo. Często jest to napięcie graniczne, przy którym ładowarki przestają ładować uznając, że ogniwo jest w pełni naładowane. NIGDY nie przekraczaj tej wartości, bo ryzykujesz eksplozją, zapłonem, a przynajmniej – w optymistycznej wersji – trwałym uszkodzeniem ogniwa!
NAJNIŻSZE SUGEROWANE NAPIĘCIE NA OGNIWIE – jest to napięcie, poniżej którego może nastąpić trwałe uszkodzenie ogniwa. Nie schodź poniżej tej wartości!
NAPIĘCIE ZNAMIONOWE – jest to „średnie” napięcie, jakie utrzymuje się przez większość czasu pracy ogniwa.
Typowa charakterystyka rozładowania dla każdego typu ogniwa wygląda podobnie do poniższego obrazka (zmiana napięcia w czasie przy stałym obciążeniu):
EFEKT PAMIĘCIOWY – jest to zjawisko, które negatywnie wpływa na pojemność akumulatora. W przypadku ogniw niektórych typów wymagane jest specjalne traktowanie przed każdorazowym naładowaniem – niestosowanie się do zasad powoduje, że ogniwo „pamięta” nasze niedbalstwo i zmniejsza swoją pojemność. Tak naprawdę „pamięć” odnosi się do mniej lub bardziej skomplikowanych zjawisk chemicznych, ale ten temat pozostawię Ci do samodzielnego odkrywania 🙂
Jaki akumulator do robota wybrać?
Poniżej prezentuję listę najbardziej popularnych typów ogniw:
Jest to jedna z najstarszych technologii (ponad 50 lat). Jeszcze 15 lat temu królowała na rynku – ogniwa NiCd można było znaleźć w zabawkach, pilotach TV, aparatach, przenośnych radiach, pierwszych telefonach komórkowych itp. Obecnie można je znaleźć np. w narzędziach elektrycznych, pakietach modelarskich oraz… rosyjskich łodziach podwodnych.
Znamionowe napięcie na ogniwie: 1.2 V
Najwyższe sugerowane napięcie na ogniwie: 1.4 V
Sugerowany maksymalny prąd ładowania: 0.1 C (czyli np. 70 mA dla 0.7 Ah)
Sugerowany maksymalny prąd rozładowywania: nawet ponad 10 C (czyli np. 7 A dla 0.7 Ah)
Liczba cykli: do 1000
Gęstość energii: do 80 Wh/kg
Samorozładowanie nowego ogniwa: nawet do 25% na miesiąc
Średnia cena za 1 Ah: 5 zł (1 ogniwo)
Ogniwa NiCd mają opinię „gniotsa, nie łamiotsa” – jeśli masz stare, nieużywane przez dłuższy czas urządzenie zasilane z NiCd, to istnieje spora szansa, ze podłączając je teraz do ładowarki i ładując prądem 0.1C (1/10 „pojemności”), będziesz w stanie po 14-16 godzinach je uruchomić. Ich największą wadą jest znaczny efekt pamięciowy (ogniwo nierozładowywane przed ładowaniem do końca, traci szybko swoją pojemność) oraz bardzo mała gęstość energii. Kadm jest też pierwiastkiem silnie toksycznym i niebezpiecznym dla środowiska oraz ludzi.
- gniotsa-nie łamiotsa, czyli świeżo po naładowaniu zawsze zadziałają, nawet po kilkunastu latach (o ile nie będą uszkodzone mechanicznie)
- duża trwałość przy zachowaniu m.in. dbałości o każdorazowe rozładowanie do 0.9 V przed naładowaniem
- stosunkowo duże prądy rozładowywania – ponad 10 C
- bardzo niska cena ogniw (ok. 5 zł za 1 Ah)
- proste ładowanie (= tanie ładowarki)
- może być bez przerwy ładowane prądem 0.1 C bez negatywnych efektów
- efekt pamięciowy!
- kadm jest toksyczny, więc stwarza zagrożenie dla przyrody (składowanie) i zdrowia użytkownika (uszkodzenia mechaniczne)
- mała gęstość energii
- znaczne samorozładowywanie
Ogniwa NiMH są naturalną „ewolucją” technologii NiCd. W przeciwieństwie do NiCd, technologia NiMH jest stale rozwijana i do dzisiaj powszechnie stosowana – bardzo często ogniwa NiMH zastępują typowe baterie „paluszki”. Szczególną niszę znalazły w nowoczesnej motoryzacji – można je znaleźć w samochodach hybrydowych, gdyż są bezpieczniejszą alternatywą dla wybuchowych ogniw na bazie litu.
Znamionowe napięcie na ogniwie: 1.25 V
Najwyższe sugerowane napięcie na ogniwie: 1.5 V
Sugerowany maksymalny prąd ładowania: 0.1 C (czyli np. 70 mA dla 0.7 Ah)
Sugerowany maksymalny prąd rozładowywania: ok. 5 C (czyli np. 3.5 A dla 0.7 Ah) – 2-krotnie większa rezystancja wewnętrzna, czyli dwukrotnie mniejszy prąd względem NiCd
Liczba cykli: do 800
Gęstość energii: do 120 Wh/kg
Samorozładowanie nowego ogniwa: poniżej 1% w przypadku Sanyo Eneloop, średnio 25-50% dla przeciętnego ogniwa
Średnia cena za 1 Ah: ok. 7 zł (Eneloop) (1 ogniwo)
NiMH są alternatywą o wiele bezpieczniejszą dla środowiska, gdyż nie zawierają tylu toksycznych składników, co NiCd. Efekt pamięci występuje, ale jest wręcz marginalny. Uzyskano także nieco większą gęstość energii – niestety, kosztem maksymalnego prądu rozładowywania. Producenci NiMH zalecają nie ładować ogniw dłużej, niż przez 16 godzin – wiele ładowarek posiada wyłącznik czasowy, który dba o to, by ten czas nie został przekroczony.
- popularne Eneloopy działają od razu po wyjęciu z pudełka (nie trzeba ich ładować) – samorozładowanie na poziomie 0.5%/miesiąc
- większa niż w NiCd gęstość energii
- stosunkowo proste ładowanie – stały prąd i ograniczenie czasowe
- o połowę mniejszy prąd rozładowania względem NiCd
- wyższa cena
- nie można jednoznacznie określić stopnia rozładowania na podstawie napięcia na ogniwie
- znaczne samorozładowywanie w konwencjonalnych ogniwach NiMH
Ogniwo Pb składa się z anody i katody wykonanych z płyt ołowiowych, zanurzonych w ciekłym lub „zżelowanym” kwasie siarkowym H2SO4.
Akumulatory ołowiowe są szczególnie często stosowane w motoryzacji – kwasowe najczęściej w samochodach, żelowe w motocyklach i skuterach. Wersja żelowa powstała jako rozwinięcie technologii płynnego elektrolitu – dodanie krzemionki zaowocowało bardziej „zwartą” i odporną na uszkodzenia mechaniczne konstrukcją, a przez to bezpieczniejszą i prostszą w eksploatacji. Nietrudno sobie wyobrazić efekty wypadku drogowego z udziałem motocyklisty, w którym uszkodzeniu uległ akumulator wypełniony kwasem siarkowym…
Znamionowe napięcie na ogniwie: 2 V
Najwyższe sugerowane napięcie na ogniwie: 2.5 V
Sugerowany maksymalny prąd ładowania: 0.3 C (czyli np. 210 mA dla 0.7 Ah)
Sugerowany maksymalny prąd rozładowywania: poniżej 5 C (czyli np. 3.5 A dla 0.7 Ah)
Liczba cykli: do 500
Gęstość energii: do 30 Wh/kg
Samorozładowanie nowego ogniwa: od 5 do 15%
Średnia cena za 1 Ah: ok. 3.50 zł
Ładowanie akumulatorów ołowiowych jest banalnie proste – zaczynamy od ładowania stałym prądem (rzędu 0.25..0.3 C), a w końcowej fazie ustalamy napięcie. Po osiągnięciu maksymalnego napięcia, nastąpi gwałtowny spadek poboru prądu i akumulator samoczynnie przestanie się ładować. Tę zasadę wykorzystuje się w wielu zastosowaniach – w przypadku samochodów, akumulator stale jest ładowany z prądnicy, a w urządzeniach UPS akumulator jest cyklicznie ładowany z sieci. Ten typ pracy nazywa się często pracą buforową, a akumulatory ołowiowe świetnie się w niej sprawdzają.
- praca buforowa (na stałe podłączone do ładowarki)
- wyjątkowo prosta ładowarka – wystarczy stabilizator napięcia z ograniczeniem prądu
- tani w obsłudze i eksploatacji – zwłaszcza w przypadku wersji żelowej
- powszechnie dostępny w sklepach motoryzacyjnych
- mały prąd rozładowania
- duży i ciężki (mała gęstość energii)
- niska trwałość w przypadku regularnego silnego rozładowywania (preferowana praca buforowa)
- trudno o pojedyncze ogniwa, sprzedaż w formie gotowych pakietów z określonym napięciem wyjściowym i pojemnością

Typowe modelarskie akumulatory litowo-polimerowe (źródło)
Akumulatory na bazie litu stały się obecnie standardem w robotyce amatorskiej. Powoli wypierają wszystkie inne, głównie za sprawą ogromnej gęstości energii oraz prądowej wydajności. Duże znaczenie ma także popularyzacja tej technologii w modelarstwie, dzięki czemu dostęp ma obecnie niemal każdy – wystarczy znaleźć najbliższy sklep modelarski lub poszukać go w Internecie. Niestety, doskonałe parametry okupione są dość poważnymi wadami – wysoką ceną zakupu akumulatora, ale przede wszystkim porządnej ładowarki. Stanowczo odradzam zakup najtańszych ładowarek z Chin – przeżyłem pożar zafundowany przez jedną z nich i nie polecam nikomu takiej przygody…
Znamionowe napięcie na ogniwie: 3.6 V
Najwyższe sugerowane napięcie na ogniwie: 4.2 V (wyższe napięcie stwarza ogromne zagrożenie pożarowe)
Sugerowany maksymalny prąd ładowania: od 0.3 do 1 C (czyli np. od 2.1 A do 7 A dla 7 Ah – zależy od pakietu)
Sugerowany maksymalny prąd rozładowywania: zwykle 20..40 C (czyli np. 140-280 A dla 7 Ah) – zależy od pakietu, obecnie na rynku są nawet pakiety z prądem rozładowywania 100 C
Liczba cykli: do 1000
Gęstość energii: do 200 Wh/kg
Samorozładowanie nowego ogniwa: do 5%
Średnia cena za 1 Ah: ok. 15 zł (1 ogniwo)
Akumulatory litowo-jonowe i litowo-polimerowe różnią się nieco kształtem (polimerowe można dowolnie kształtować) i gęstością energii, ale są to zasadniczo te same ogniwa pod resztą względów. Obecne wersje są już znacznie odporniejsze na samozapłon, wytrzymują znacznie wyższe prądy i stosowanie ich ma solidne uzasadnienie w przypadku małych robotów mobilnych. Znakomicie sprawdzają się także w dronach, gdzie stosunek masy do pojemności energii jest niezwykle istotny.
- małe rozmiary i waga – największa dostępna na rynku gęstość energii
- bardzo duże prądy ładowania i rozładowywania
- brak efektu pamięciowego, możliwość pracy buforowej
- wysoka cena (zarówno akumulatora, jak i porządnej, bezpiecznej ładowarki)
- wysokie zagrożenie pożarowe – zwłaszcza podczas ładowania
- niska odporność mechaniczna
Akumulatory litowo-żelazowe praktycznie wywodzą się z akumulatorów litowo-jonowych, są kolejnym krokiem w ewolucji technologii litowej. Domieszkowanie różnych metali pozwala modyfikować parametry ogniw – maksymalny prąd rozładowywania, gęstość energii, maksymalne napięcie… Są także znacznie bezpieczniejsze, bo trudniej jest je „podpalić” poprzez nieprawidłowe użytkowanie.
Znamionowe napięcie na ogniwie: 3.2 V
Najwyższe sugerowane napięcie na ogniwie: 3.6 V (wyższe napięcie stwarza ogromne zagrożenie pożarowe)
Sugerowany maksymalny prąd ładowania: od 0.3 do 2 C (czyli np. od 2.1 A do 14 A dla 7 Ah – zależy od pakietu)
Sugerowany maksymalny prąd rozładowywania: zwykle 20..40 C (czyli np. 140-280 A dla 7 Ah) – zależy od pakietu, obecnie na rynku są nawet pakiety z prądem rozładowywania 100 C
Liczba cykli: do 1500
Gęstość energii: do 300 Wh/kg
Samorozładowanie nowego ogniwa: do 5%
Średnia cena za 1 Ah: ok. 18 zł (1 ogniwo)
Akumulatory litowo-jonowe domieszkowane metalami są nadal mało popularne, ale często można je znaleźć w aparaturze modelarskiej. Coraz powszechniejsze jest także stosowanie ich w bateriach do laptopów, gdzie zauważalnie poprawiają maksymalny czas pracy urządzenia bez zasilania zewnętrznego. Większość ładowarek mikroprocesorowych do ogniw litowych posiada obecnie program do ładowania LiFe, więc jest możliwe stosunkowo tanie przejście ze starszej technologii na nowszą.
- małe rozmiary i waga – największa dostępna na rynku gęstość energii
- bardzo duże prądy ładowania i rozładowywania
- brak efektu pamięciowego, możliwość pracy buforowej
- obniżone zagrożenie pożarowe względem tradycyjnych LiPo i LiIon
- wysoka cena (zarówno akumulatora, jak i porządnej, bezpiecznej ładowarki)
- niska odporność mechaniczna
Superkondensatory od niedawna coraz częściej trafiają pod strzechy. Nie jest to najnowsza technologia, ale najnowsze zdobycze techniki umożliwiły jej ulepszenie i miniaturyzację. Superkondensator to zwykły kondensator o bardzo dużej pojemności – rzędu setek, a nawet tysięcy faradów (typowy „duży” kondensator ma pojemność rzędu 1000 µF = 0.001 F). Ich najważniejszą zaletą są ogromne prądy ładowania i rozładowania, przez co możliwe jest niemal natychmiastowe naładowanie ogniwa, jak i np. zgrzewanie metalu poprzez zwieranie wyjść superkondensatora…
Znamionowe napięcie na ogniwie: n/d –
Najwyższe sugerowane napięcie na ogniwie: 2.7 V (wyższe napięcie stwarza ogromne zagrożenie pożarowe, a nawet ryzyko eksplozji)
Sugerowany maksymalny prąd ładowania: nawet do 3600 C – zależy wyłącznie od rezystancji wewnętrznej oraz rezystancji przewodów
Sugerowany maksymalny prąd rozładowywania: nawet do 3600 C – zależy wyłącznie od rezystancji wewnętrznej oraz rezystancji przewodów; superkondensator 1000 F, wyprodukowany w 2016 roku, potrafi mieć wydajność prądową rzędu 1000 A.
Liczba cykli: do 1000000
Gęstość energii: 10 Wh/kg
Samorozładowanie nowego ogniwa: do 100%
Średnia cena za 1 Ah: ok. 300 zł (1 ogniwo)
Superkondensatory są obecnie bardzo drogie i stale w fazie rozwoju. Dużym problemem jest bardzo liniowa charakterystyka rozładowania, tzn. praktycznie nie występuje zjawisko „napięcia znamionowego” – napięcie na zaciskach kondensatora maleje liniowo od wartości naładowania, do zera.
- ogromne (!) prądy ładowania/rozładowywania
- bardzo duża trwałość – nawet milion cykli
- możliwość całkowitego rozładowania bez żadnych skutków ubocznych
- przyjazne dla środowiska
- horrendalnie wysoka cena dla hobbysty
- mała gęstość energii (duża masa i rozmiary)
- dość szybkie samorozładowanie
Bardzo trudno jest doradzić jeden konkretny typ akumulatora. LiPo są obecnie najpopularniejsze, ale względy finansowe, lub praktyczne (proces ładowania, eksploatacji) mogą sprawić, że np. zakup NiMH lub Pb będzie bardziej opłacalny. Może zdecydujesz się na nową i obiecującą technologię superkondensatorów, a może interesuje Cię praca buforowa układu zasilania… Bądź-co-bądź – wybór i tak zależy wyłącznie od Ciebie 🙂