Литий-полимерные аккумуляторы. Теория. Аккумуляторы полимерные


Литий-полимерные аккумуляторы. Теория - InfoConnector.ru

Литий-полимерные аккумуляторы. Теория

Для питания квадрокоптера и других радиоуправляемых моделей используются специальные литий-полимерные аккумуляторы (LiPo).

Разберем составные части LiPo аккумулятора

Выглядят они так:

составные части LiPo аккумулятора

Смотрим на боковую поверхность аккумулятора и видим аккуратно уложенные пластины. В нашем случае их три. Это и есть источники питания. Каждый источник имеет номинальное напряжение 3,7 вольта. Соединение происходит последовательно, поэтому полное напряжение этой батареи составит 3,7+3,7+3,7=11.1 Вольт.

От нашей батареи отходят два ответвления. Первое – это питающие провода с напряжением 11,1 вольт (в моем случае). Второе, с тонкими проводами – это балансировочные проводники. Они, в первую очередь, нужны для контроля заряда батареи и подключаются к специальному разъему на зарядном устройстве. Так же балансирующий провод можно использовать для сигнализации разряда батареи и для контроля напряжений на банках, но об этом позднее.

Маркировка и основные технические параметры литий-полимерных аккумуляторов

Она из самых главных характеристик аккумулятора – емкость. Емкость измеряется в ампер-часах (Ah). Чем больше емкость аккумулятора, тем больше минут мы сможем налетать за цикл разряда аккумулятора.  Размер аккумулятора так же связан с этим параметром. Выше емкость – больше размер.

Буква S и число за ним, указывают на число пластин (банок) в аккумуляторной батарее. Чем больше пластин, тем мощней будет наш квадрокоптер.

Буква С и число перед ней указывают на возможную токоотдачу. Если умножить емкость аккумулятора на число перед буквой C, то мы получим максимальное значение выходного тока аккумулятора. Например, аккумулятор 35С с емкостью 5000Ah способен на токоотдачу  в 5000*35=175000mA=175A. К этой цифре следует относиться скептически, т.к. в большинстве случаев она сильно завышена.

Еще один важный параметр – максимальный ток заряда аккумулятора. Чем выше этот параметр, тем быстрее мы сможем зарядить наш аккумулятор. Об этой технической характеристике пишут на обратной стороне аккумуляторной батареи, но бывает и на лицевой. Ток заряда обозначается в виде буквы «С» с индексом. Так, 2С означает, что заряд можно проводить током, равным произведению цифры 2 на емкость. Если емкость нашего аккумулятора 1200mAh, то при токе заряда 2С имеем: 2х1200=2400мА=2,4А, т.е. заряд можно вести током 2,4 ампера.

В природе встречаются батареи с током заряда 1С, 2С, 5С и даже 10С. Но, по отзывам на форумах, многие пользователи производят заряд аккумулятора на токах 0,4-0,6С. По их уверениям, это продляет жизнь аккумулятора.

Недостатки литий-полимерных аккумуляторов

В одних источниках пишут о старении и малом числе циклов перезаряда (около 500) литий-полимерных батарей, в других  приводятся данные с точностью наоборот. Но везде отмечено, что LiPo батареи являются результатом совершенствования  литий-ионных аккумуляторов.

Так же считается, что литий-полимерные аккумуляторы склонны к старению. Со временем их емкость падает, поэтому прозапас их покупать не стоит.

Литий-полимерные аккумуляторы пожароопасные, как впрочем, и другие типы аккумуляторов. Возгорание может возникнуть от перезаряда, перегрева или механического воздействия.

Проверка LiPo аккумулятора после покупки

Меня, как начинающего пилота, очень заботил вопрос проверки аккумуляторной батарейки после покупки. Раннее выявление дефекта поможет мне обоснованно вернуть бракованный аккумулятор и сохранить денежные средства.

Сразу после покупки аккумулятора необходимо проверить напряжения на банках. Я использовал специальное устройство – индикатор напряжения для LiPo батарей. Для проверки достаточно подключить это устройство к балансировочному проводнику:

Проверка LiPo аккумулятора после покупки

Еще можно проверить с помощью зарядного устройства:

Идеально, если напряжения на банках отличаются друг от друга не более чем на 0,1 вольта  и находятся в пределах 3,7…3,85 вольта. Почему именно так, я расскажу ниже.

Все плохо, если напряжение, хотя бы одной из банок, ниже чем 3,0 вольта (по некоторым источникам 3.3 вольта). Такой аккумулятор можно считать не годным к эксплуатации.

Ситуацию, когда напряжения на банках находится в пределах 3,3…4,2 вольта и присутствует большой  дисбаланс (до 0,8 вольт) тоже можно считать нормальной, но с одним условием – через несколько циклов заряда должно все прийти в норму.

Теперь о проверке емкости аккумулятора. Для проверки емкости аккумулятора необходимо сделать полный заряд аккумулятора до напряжения 4,2 на банку, а затем, разряжая, произвести замеры. Я так понял, что разряд нужно делать до трех вольт, но, как я писал выше, это не желательно, поэтому проверку емкости, по такому алгоритму, я делать не стал. 0,1 вольтом меньше или больше и аккумулятор может выйти из строя.

Я замерял емкость иначе. Если учесть, что напряжению на банках 3,8 вольта соответствует 40% заряда аккумулятора, то путем несложных вычислений можно легко найти емкость аккумулятора.

Зарядка LiPo-аккумуляторов

LiPo-аккумуляторы я заряжаю с помощью специализированного зарядного устройства с функцией балансировки. Балансировка выравнивает напряжения на банках аккумулятора, что соответствует правильному режиму работы батареи.

Ток выбираю в пределах 0,5-0,7С. Так, свои батареи с емкостью 4200 мАч и 5500 мАч я заряжаю током 2.5А и 3А соответственно.  

Хранение LiPo-аккумуляторов

Для того чтобы  аккумулятор дольше служил, в перерывах между полетами, необходимо переводить его в режим хранения.

Перевод в режим хранения осуществляется с помощью зарядного устройства. Сам процесс сводится к выводу напряжения на банках на уровень 3,7…3,85 вольта. Если использовать режим хранения, аккумулятор должен прослужить дольше.

Эксплуатация литий-полимерных аккумуляторов

Данный тип аккумуляторов довольно капризен и есть несколько обязательных требований, которые продлят жизнь ваших батарей, а так же сделают работу с ними более безопасной. Зарядка таких батарей сопряжена с рядом трудностей, не разобравшись в которых вы рискуете устроить пожар или даже взрыв.

Правила эксплуатации литий-полимерных батарей:

  • Рекомендованный порог разряда батареи – 3,6 вольта на банку. Считается, что именно в таком режиме батарея прослужит дольше.
  • Периодически проверяйте напряжения  на каждой ячейке аккумулятора. Опытные моделисты делают это после каждого десятого цикла разряда. Просевшая, несбалансированная ячейка может стать причиной взрыва при зарядке. Считается, что напряжение на ячейках должно отличатся не более чем на 0,1 В. Т.е. после разряда аккумулятора на всех ячейках должно быть примерно одинаковое напряжение. Если это не так, то аккумулятор использовать в дальнейшем не рекомендуется.
  • Не используйте вольтметр при контроле напряжения на банках аккумулятора. В теории здесь все правильно, а вот на практике щупы соскальзывают и замыкают банки. Для этих целей используются индикаторы напряжения для LiPo батарей.
  • Используйте датчик температуры при зарядке LiPo батарей. Повышение температуры на аккумуляторе – первый предвестник пожара.
  • Не заряжайте аккумулятор без присмотра, даже если вы соблюли все меры предосторожности. Я с взрывами еще не сталкивался, но бывалые говорят, что следить надо.
  • Батареи следует заряжать в специальных огнеупорных пакетах. В случае возгорания, это оградит окружающие предметы от огня. В магазинах можно найти специальные конверты или коробки для хранения и зарядки Lipo аккумуляторов – огнеупорные боксы. Старый дедовский способ – хранить и заряжать Lipo аккумуляторы в кастрюле.
  • Используйте только специальные зарядные устройства для LiPo батарей. Но иметь правильную зарядку, еще не гарантирует успех. Необходимо правильно выбрать параметры зарядки. Пример, как заряжать  Li-po батарею, можно посмотреть здесь.
  • Механическое повреждение батареи может вызвать пожар. Так что будьте внимательное при транспортировке и после аварий квадрокоптера. Периодически проверяйте свою батарею на механические повреждения.
  • Вздутые батареи считаются неисправными. Их дальнейшее использование опасно и нежелательно.
  • Не допускайте перезаряд батареи. Это ситуация когда напряжение на одной из банок превысит 4,2 вольта. Такая ситуация может возникнуть если выставить неправильные параметры заряда на зарядном устройстве.
  • Если допустить полный разряд батареи, то она выходит из строя. В интернете есть инструкции, по которым есть вероятность восстановить такую батарею, но полностью ее реанимировать нельзя. За порог глубокого разряда принимают 3 вольта. Т.е. если разрядить одну из банок ниже порога в 3 вольта, то в ней начинаются необратимые химические процессы вызывающие разрушение батареи. На многих форумах говорят о пороге в 3.2-3,3 вольта, я ориентируюсь именно на эту цифру.
  • Не допускайте  перегрев батареи. Перегрев может возникнуть при перезаряде, при коротком замыкании или просто от солнечных лучей. Посмотрел данные на различных источниках и теперь могу сказать, что критической температурой можно считать порог в 60°С. Ну, а контроль нужно вести так, чтобы температура на аккумуляторе не превышала +40°С. Данные эти приблизительные и для разных батарей они могут отличаться.
  • Для того чтобы избежать пожара необходимо использовать специализированные зарядные устройства, желательно в связке с датчиком температуры и с возможностью балансировки. Бывалые моделисты рекомендуют использовать только качественные и оригинальные зарядные устройства.
Плюсы и минусы струйных принтеров. Это самый распространенный тип принтеров. Стал он таким благодаря низкой цене и высокому качеству печати. Печать цветной фотографии, изображений или обычного текста для таких принтеров не... Чехлы для планшетных компьютеров. Я уже писал о мерах, которые нужно принимать для защиты планшетного компьютера от воздействия внешних факторов - Пленка для планшетов . Сегодня поговорим еще об одной защитной мере, которую должен... MySQL — система управления базами данных Что такое Mysql? Что такое Mysql?Многие ошибочно полагают, что Mysql, это электронная таблица, в которой могут храниться всевозможные данные. Это не совсем так. Mysql – это система, которая такими... Антивирус Что такое антивирус? Антивирус — это, специальная компьютерная программа, предназначенная для обнаружения и обезвреживания вирусов. Современный антивирус представляет собой защитный бастион от...

www.infoconnector.ru

маркетинговые уловки и распространенные ошибки / Geektimes

Неоднократно сталкиваюсь в статьях и комментариях (в статьях все же гораздо реже) с использованием неправильных данных или названий, которые впоследствии приводятся, как аргументы, хотя на самом деле они ошибочны изначально. И эти ошибки распространяются по всем ресурсам, включая Гиктаймс.

Этой статьей я бы хотел разъяснить некоторые моменты и провести своеобразный ликбез.

Литий-полимерные аккумуляторы

Сразу с главного — в свободном доступе на рынке не существует литий-полимерных аккумуляторов в техническом смысле этого слова. В англоязычном мире с этим уже разобрались, а вот на постсоветском пространстве существуют некоторые издержки в терминологии, которыми пользуются маркетологи. Маленькое отступление — не то, чтобы этим не пользовались в других регионах, но там хотя бы есть возможность проверки этой информации на родном языке.
Немного истории
Любой литий-ионный аккумулятор имеет 4 основных составляющих — два электрода (анод и катод), электролит и сепаратор. Все 4 элемента развивались и развиваются дальше. Для электролита на начало исследований (1970-ые) было предложено два варианта — жидкий или твердый электролит. В то время твердый электролит обещал больше перспектив в эксплуатации — электролит не вытекает при повреждении корпуса, сам элемент более прочный. Главным недостатком было и остается высокое сопротивление твердого электролита, оно сводит на нет физические характеристики.

Фактически снижение количества ресурсов, выделяемых компаниями на разработку твердых электролитов, произошло в начале 1990-х, когда Sony вывела на рынок аккумулятор с жидким электролитом. Сама компания Sony еще в 1988 году была уверена в будущем успехе твердого электролита.

Не смотря на ориентацию на жидкий электролит компании не перестали искать альтернативы. Одним из вариантов стали так называемые гибридные электролиты. Фактически для них используется сепаратор с мелкими отверстиями и тем же жидки электролитом. Хотя он на ощупь кажется сухим, на самом деле количество электролита в нем не отличается от подобного в обычном аккумуляторе. Как в принципе и конструкция:

Схематическая модель литий-ионного аккумулятора с катодом LiCoO2 и графитовым анодом из Википедии на немецком языке.

Подобные аккумуляторы довольно распространены, их коммерческое распространение началось еще в начале 2000-х, но физически и химически это те же самые литий-ионные аккумуляторы с жидким электролитом и их в общем не очень много.

Что же представлено на рынке?
Одним из способов классификации аккумуляторов является его корпус. На сегодня существуют три популярных способа упаковки:
  • Цилиндрические ячейки
  • Призматические ячейки
  • «Мешочек» или pouch-bag ячейки
Первый тип аккумуляторов известен своим использованием в ноутбуках и автомобилях Тесла (там используется его самый распространенный размер 18650).

Второй тип является измененной формой цилиндрических. Алюминиевый корпус, прямоугольник или квадрат в поперечном сечении. Популярен для стационарного применения и в транспорте.

Третий тип имеет мягкий корпус и не всегда оснащается встроенной системой защиты. Фактически удешевленный вариант призматической ячейки. Этот тип аккумуляторов используется, в частности, в мобильных телефонах.

Последние в списке и есть те самые «полимерные». Они так называются по нескольким причинам. Самый наглый способ маркетологов — корпус из полимеров, потому и «полимерные».

Второй вариант — использование полимерного мелкопористого сепаратора. Фактически ничем не отличается от обычного литий-ионного аккумулятора.

Третий вариант, который я не встречал — давать название «полимерный» на основании использования полимерных элементов в качестве основ катодов, анодов и прочих элементов. Как правило попадает в множество аккумуляторов в пластиковом корпусе.

Проблемы терминологии
При разработке концепции идея была такова, что под понятием «жидкий электролит» понимались жидкий или гелеобразный раствор соли лития, в то время как под понятием «твердый электролит» (solid electrolyte) — твердое состояние вещества. Так как возникло желание продать то, что обещалось но чего нет, то сегодня даже в среде исследователей гелевый электролит вносят в перечень «твердых» электролитов, хотя его характеристики все же скорее гибридные. Потому можно встретить описание в научных работах «твердый гелевый электролит», которое некоторыми учеными считается вводящим в заблуждение.
Будущее полимерных электролитов
Разработки ведутся и в перспективе возможно появление аккумуляторов с настоящим полимерным электролитом. Однако по состоянию на 2015 год лабораторные образцы полимерных электролитов на основе органической химии не показывали ощутимого прогресса, потому на дату публикации статьи в обозримом будущем не предвидится массового ухода от жидкого электролита.

Проблемы с наименованием типов аккумуляторов

На рынке представлено несколько различных типов литий-ионных аккумуляторов. Они имеют различные наименования, которые позволяют описывать их характеристики в плане емкости или безопасности. В целом можно встретить следующие типы:
  • Литий-кобальтовые с катодом LiCoO2 — самые емкие модели имеют графитовый анод.
  • Литий-марганцево-оксидные с катодом LiMn2O4, Li2MnO3 или LMnO, последние могут выступать как просто литий-марганцовые
  • Литий-никель-марганец-кобальт-оксидные или NMC с катодом LiNiMnCoO2
  • Литий-железо-фосфатные с катодом LiFePO4 (LFP)
  • Литий-никель-кобальт-алюминий-оксидные (NCA) с катодом LiNiCoAlO2
  • Литий-титанат-оксидные (LTO) с анодом Li4Ti5O12
Сразу можно заметить неравномерность наименований. Некоторые названы в честь катода, некоторые — в честь анода. И если в первом случае еще можно попытаться угадать с высокой степенью вероятности, что анод будет графитовый, то в случае названия по аноду остается только гадать. Также на сегодня ведутся разработки и в принципе можно найти на рынке аккумулятор с катодом LiFePO4 и анодом Li4Ti5O12, т.е. литий-железо-фосфатные литий-титанатовые, которые в этой системе не имеют простого маркетингового наименования По ссылке — научная статья 2013 года с испытаниями такого аккумулятора.

Причина существования такого большого числа катодов и анодов аккумуляторов в различных требованиях к аккумуляторам. Где-то нужна бóльшая безопасность, а где-то емкость или мощность. Получить представление о запасаемой энергии можно исходя из того, что каждый тип катода и анода имеет разный потенциал, как видно из изображений ниже (в качестве потенциала в 0 В выбирается потенциал металлического лития, больше разница напряжений — больше мощность, энергетическая плотность зависит от количества атомов лития):

Общая схема с потенциалами от университета г. Киль. Источник

Материал из статьи 2013 года авторов Jiantie Xu, Shixue Dou и др. Источник

Еще одна картинка от Purdue School of Engineering and Technology. Источник

Общее представление о причинах может давать следующее грубое изображение связи потенциалов элементов и возможности металлизация лития при очень низком разряде или термической нестабильности при перезаряде:

Изображения взято из курса лекций

Самые небезопасные в эксплуатации из представленных на рынке — литий-кобальтовые с графитовый анодом, самые безопасные — с катодом LiFePO4 и анодом Li4Ti5O12. Естественно, наличие BMS (Battery Management System) уменьшает риски, но пренебрегать ими не стоит, тот же слишком сильный разряд эта система предотвратить не сможет, что критично для аккумуляторов с графитовым анодом.

Распространенные ошибки

Общие ошибки
Самая главная и часто встречаемая ошибка — противопоставление «обычному литий-ионному аккумулятору». Как видно выше, такого понятия, как «обычный» просто нет. И разница в напряжениях может быть самой разной для вроде бы одинаковых катодов и одинаковой для разных наборов катодов и анодов.

Вторая ошибка, не столь существенная, связанная с предыдущим пунктом, написание материала катода LiFePO4 следующим образом — LiFePo4. Здесь путаница довольно распространенная и сразу показывает, насколько можно доверять такому источнику.

Еще одна крупная ошибка — противопоставление LiPo-аккумулятора литий-ионному. Здесь несколько вариантов сравнения. Первое — это общее, связанное с заблуждением о существовании на рынке аккумуляторов с полимерным электролитом. Второе, имеющее более узкое применение, которое обычно озвучивается в следующем виде «литий-полимерный аккумулятор [речь о корпусе] лучше/хуже LFP/LTO/NCA (подставить нужное)».

Здесь идет смешение типа корпуса и начинки.

Например, по этой ссылке можно прочитать о LFP аккумуляторе в формате литий-полимерного (призматический корпус в данном случае).

Аккумулятор А долговечнее аккумулятора Б
Это еще одно своеобразное перекручивание фактов для аргументации при продаже. Такой метод применяется для разных типов аккумуляторов, но чаще всего сравнивается LFP вариант аккумулятора и литий-кобальтовый или NMC с графитовым катодом. В статьях в интернете, как рекламных так и просто популярных, можно найти соотношение полных эквивалентных циклов в 2000 к 500 в пользу LFP и как результат — рассказ о значительном превосходстве первого.

Здесь есть несколько неточностей. Во-первых, бóльшее число статей по литий-кобальтовым датировано 2005-2006 годами, в то время как для LFP — с 2012-2013. Данные по циклам основаны на этих статьях. Тем не менее разработки на останавливались и были одинаково активными для всех типов аккумуляторов и разрыв не настолько большой в один и тот же временной интервал. Во-вторых, не уточняется объем энергии, который передаст за свою жизнь аккумулятор, а ведь при равных размерах LFP имеет меньшую емкость. Что же касается главного преимущества — бóльшего числа циклов, то если брать новые исследования и сравнивать в равных условиях серийные образцы, то разница не такая и драматическая. В общей сложности она составляет 20-30% (800 циклов против 1000 для 40°C, например), что не всегда оправдывает покупку того же LFP, так как будет передано меньше энергии за счет меньшей разницы напряжений за весь срок эксплуатации.

Источников с непосредственным сравнением нет, поскольку сам процесс тестирования длительный и дорогостоящий, осложненный договорами про не раскрывание названий участников, но сравнивая по ряду данных можно сделать вывод об аналогичных характеристиках на сегодня для всех литий-ионных аккумуляторов в плане срока эксплуатации во всех возможных сценариях, в т.ч. и простого хранения. Эти данные приведены, например, в источниках 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7.

Прочие источники

BU-206: Lithium-polymer: Substance or Hype?

Kazuo Murata, Shuichi Izuchi, Youetsu Yoshihisa «An overview of the research and development of solid polymer electrolyte batteries»

A. Manuel Stephan, K.S. Nahm «Review on composite polymer electrolytes for lithium batteries. Polymer»

D. Golodnitskya, E. Straussc, E. Peleda and S. Greenbaum «Review — On Order and Disorder in Polymer Electrolytes»

Моя предыдущая статья про литий-ионные аккумуляторы — Эксплуатация литий-ионных аккумуляторов

geektimes.com

Литий -полимерные аккумуляторы. — Паркфлаер

Прогресс идет вперед, и на смену традиционно используемым NiCd (никель-кадмиевым) и NiMH (никель- металлогидридным) мы получили воз­можность использовать литиевые ак­кумуляторы. При одинаковом весе они имеют большую, по сравнению с NiCd и NiMH, емкость, кроме того, напряжение одного элемента у них в 3 раза выше - 3,6 В/элемент вместо 1,2 В. Так что для большинства моде­лей достаточно батареи из двух или трех банок.

Среди литиевых аккумуляторов различают два основных типа - ли­тий-ионные (Li-Ion) и литий-полимерные (LiPo). Но для использования в си­ловых установках моделей наиболь­шее распространение получили ли­тий-полимерные аккумуляторы, так что в дальнейшем разговор пойдет именно о них. Впрочем, жесткое раз­деление тут весьма условно, посколь­ку оба типа отличаются в основном используемым электролитом, и все, что будет сказано про литий-поли­мерные аккумуляторы, практически в полной мере относится и к литий-ионным (заряд, разряд, особенности экс­плуатации, техника безопасности). С практической точки зрения нас вол­нует только тот момент, что литий-по­лимерные аккумуляторы в настоящий момент обеспечивают более высокие разрядные токи. Поэтому на модель­ном рынке в качестве источника энергии для силовых установок в ос­новном предлагают именно их.

Основные характеристики

Li-Po аккумуляторы при одинаковом весе превосходят по энергоемкости NiCd в 4-5 раз, NiMH в 3-4 раза. Количество рабочих цик­лов - 500-600, при разрядных токах в 2С до потери емкости в 20%, для сравнения у NiCd - 1000 циклов, у NiMH - 500. Вообще говоря, каких- либо данных по количеству рабочих циклов пока еще очень мало и к при­веденным в данном случае их харак­теристикам необходимо относиться критически. Кроме того, технология их изготовления совершенствуется и возможно, что в данный момент циф­ры по этому типу аккумулятора уже другие. Например, из опыта эксплу­атации по многочисленным отзывам можно сделать вывод , что при разрядных токах в 8-10 С аккумуляторы живут около 200 циклов.

Из всего многообразия силовых Li-Po аккумуляторов, имеющихся в продаже, можно выде­лить две основные группы - быстро-разрядные (Hi discharge) и обычные. Отличаются они между собой макси­мальным разрядным током - его ука­зывают или в амперах, или в едини­цах емкости аккумулятора, обозначаемой буквой "С". Например, если ток разряда ЗС, а емкость аккумуля­тора - 1Ач, то ток будет равен 3А.

Максимальный ток разряда обыч­ных аккумуляторов, как правило, не превышает ЗС, некоторые произво­дители указывают 5С. Быстроразрядные аккумуляторы допускают ток разряда до 8-10 С. Такие аккумуля­торы несколько тяжелее своих сла­боточных собратьев (примерно на 20%), и в названии у них после цифр емкости присутствуют буквы HD или НС, например ККМ1500 - обычный аккумулятор емкостью 1500 мАч, а KKM1500HD - быстроразрядный.

Области применения

Применение литий-полимерных аккумуляторов позволяет решить две важные задачи - увеличить время ра­боты мотора и снизить вес батареи.

При замене батареи 8,4 В NiMH 650 мАч двумя обычными, не быстроразрядными литиевыми емкостью 2 Ач, получаем батарею легче на 11 г и несколько меньшим напряжением (7,2 В), и в 3 раза большей емкости! А если использовать быстроразрядные аккумуляторы, вот тогда и боль­шие самолеты могут летать, не усту­пая в энерговооруженности ДВСу. В подтверждение этому, 7-е место в первенстве мира по пилотажным мо­делям F3A занял американец на эле­ктролете. Причем это была не ма­ленькая "жужжалка", а нормальный двухметровый самолет, как у осталь­ных участников с двигателями внутреннего сгорания!

Очень хорошо зарекомендова­ли себя литий-полимерные аккумуля­торы на небольших вертолетах, та­ких как Piccolo или Hummingbird - например, даже при использовании стандартного коллекторного мото­ра время полета на двух банках ем­костью 1 Ач составляет более 25 ми­нут! А при замене мотора на бескол­лекторный - более 40 минут!

И, конечно, литиевые аккумулято­ры просто незаменимы, когда речь идет о комнатных самолетах весом 1 - 20 г! В этой области NiCd с ними сравниться не может - просто нет та­ких батарей (например, вес 20 мАч банки - 0,7 г, 150 мАч - 3,2 г!), что­бы в при таком малом весе давали необходимую мощность - пусть да­же в течение 1 минуты!

Единственная область, где пока Li-Po аккумуляторы ус­тупают NiCd - это область супервы­соких (40-50 С) разрядных токов. По цене, в пересчете на емкость, литий- полимерные аккумуляторы стоят при­мерно столько же, сколько NiMH.

Зарядка Li-Po аккумуляторов

Заряд аккумуляторов осуществ­ляется по достаточно простому алго­ритму - от источника постоянного напряжения 4,20 В/элемент с огра­ничением тока в 1С. Заряд считается завершенным, когда ток упадет до 0,1-0,2С. После перехода в режим стаби­лизации напряжения при токе в 1С аккумулятор набирает примерно 70 - 80% емкости. Для полной зарядки не­обходимо время около двух часов. К зарядному устройству предъявляются достаточно жесткие требования по точности поддержания напряжения в конце заряда - не хуже 0,01В/банку.

Из представленных на рынке за­рядных устройств можно выделить два основных типа - простые, не "компьютерные" зарядники в цено­вой категории 10-40$, предназна­ченные только для литиевых аккуму­ляторов, и универсальные в цено­вой категории 120-400$, предназна­ченные для различных типов аккуму­ляторов.

Первые, как правило, имеют только светодиодную индикацию за­ряда, количество банок и ток в них выставляются перемычками. Досто­инство таких зарядных устройств - низкая цена. Главный недостаток - некоторые из таких устройств не умеет правильно показывать оконча­ние заряда. Они показывают лишь момент перехода от режима стаби­лизации тока к режиму стабилизации напряжения, что составляет пример­но 70-80% емкости.

У второй группы зарядников воз­можности намного шире, как прави­ло, они все показывают напряжение, ток, и емкость (мАч), которую акку­мулятор "принял" в процессе заряда, что позволяет более точно опреде­лять, насколько заряжен аккумуля­тор.

При использовании зарядного ус­тройства самое главное - правильно выставить на заряднике нужное ко­личество банок в батарее и ток заря­да, который, как правило, равен 1С.

Эксплуатация и меры предосторожности

Можно с уверенностью сказать, что литий-полимерные аккумуляторы самые "нежные" из существующих, т.е. требуют обязательного соблю­дения нескольких несложных правил.

Перечислим их в порядке убыва­ния опасности.

1. Заряд до напряжения, превышаю­щего 4,20В/банку.

2. Короткое замыкание аккумулято­ра.

3. Разряд токами, превышающими нагрузочную способность или нагре­вающими аккумулятор выше 60°С.

4. Разряд ниже напряжения 3В/бан­ку.

5. Нагрев аккумулятора выше 60°С.

6. Разгерметизация аккумулятора.

7. Хранение в разряженном состоя­нии.

Невыполнение первых трех пунктов приводит к пожару, всех остальных - к полной или частичной потере емкости.

Из всего сказанного можно сде­лать следующие выводы.

Чтобы не было пожара, надо иметь нормальный зарядник и пра­вильно выставлять на нем число за­ряжаемых банок. Необходимо также использовать разъемы, исключаю­щие возможность короткого замыка­ния батареи и контролировать ток, потребляемый мотором на "полном газу". Кроме того, не рекомендуется на модели закрывать аккумуляторы со всех сторон от поступления пото­ка воздуха, а если это невозможно, то следует предусмотреть специаль­ные каналы для охлаждения.

Если ток, потребляемый двигате­лем, составляет более ЗС, а аккуму­лятор на модели закрыт со всех сто­рон, после 5-6 минут работы мото­ра следует его остановить, а затем вытащить и потрогать аккумулятор - не слишком ли горячий. Дело в том, что после нагрева выше определен­ной температуры (около 70) в акку­муляторе начинает идти "цепная ре­акция", превращающая запасенную им энергию в тепло, аккумулятор бук­вально растекается, поджигая все, что может гореть.

Если замкнуть почти разряжен­ный аккумулятор, то пожара не бу­дет, он тихо и мирно "умрет" из-за переразряда. Отсюда следует вто­рое важное правило: следите за на­пряжением в конце разряда аккуму­лятора и обязательно отключайте его после работы!

Некоторые регуляторы скорости (особенно этим грешат Jeti) не отклю­чают потребление тока регулятором после выключения штатного выклю­чателя. Что заставило чехов принять такое странное решение? Не знаю. Но факт остается фактом, практиче­ски все модели контроллеров для бесколлекторных моторов Jeti не обеспечивают полное обесточивание цепи штатным выключателем. От­ключаются только приемник и сервомашинки, а контроллер продолжает потреблять ток около 20 мА. Это осо­бенно опасно, так как не видно, что питание включено, машинки стоят, мотор молчит... И если забыть о под­ключенном аккумуляторе на сутки-другие, то с ним можно попрощаться - не любит литий глубокого разряда.

Конечно, следует помнить о том, что контроллер двигателя должен уметь работать с литиевыми аккуму­ляторами, т.е. иметь регулируемое напряжение отключения двигателя. И надо не забывать программировать контроллер на нужное количество банок. Впрочем, сейчас появилось новое поколение контроллеров, ко­торые автоматически определяют количество подключенных банок.

Разгерметизация - также причина выхода литиевых аккумуляторов из строя. Внутрь элемента не должен по­падать воздух. Это может произойти при повреждении внешнего защитно­го пакета (аккумулятор запаян в пакет наподобие термоусадочной трубки) в результате удара, или повреждения острым предметом, или при сильном перегреве вывода аккумулятора при пайке. Вывод - не ронять с большой высоты и паять аккуратно.

Храненить аккумуляторы, судя по рекомендациям производителей, сле­дует в заряженном на 50-70% состоя­нии, лучше в прохладном месте, при температуре не выше 30°С. Хранение в разряженном состоянии отрицатель­но сказывается на сроке службы - как и у всех аккумуляторов, у литий-полимерных есть небольшой саморазряд.

Сборка батареи

Для получения батарей с высокой токоотдачей или большой емкости ис­пользуют параллельное соединение аккумуляторов. Если вы покупаете го­товую батарею, то по маркировке можно узнать, сколько в ней банок и как они соединены. Буква Р (parallel) после числа обозначает количество соединенных параллельно банок, a S (serial) - последовательно. Например, "Kokam 1500 3S2P" обозначает бата­рею, соединенную последовательно из трех пар аккумуляторов, и каждая пара образована двумя параллельно соединенными аккумуляторами емко­стью по 1500 мАч, т.е. емкость бата­реи будет 3000 мАч (при соединении параллельно емкость возрастает), а напряжение - 3,6 В х 3=10,8 В.

Если вы покупаете аккумуляторы отдельно, то перед соединением их в батарею нужно уравнять их потенци­алы, особенно это касается вариан­та параллельного включения, так как при этом одна банка начнет заря­жать другую и зарядный ток может превысить значение 1С. Желательно все купленные банки перед соедине­нием разрядить до 3 В током около 0,1 - 0,2С. Напряжение надо контро­лировать цифровым вольтметром с точностью не ниже 0,5%. Это обес­печит надежное функционирование батареи в будущем.

Выравнивание потенциалов (ба­лансировку) также желательно про­водить даже уже на собранных фир­менных батареях перед их первым зарядом, так как многие фирмы, со­бирающие элементы в батарею, не балансируют их перед сборкой.

Из-за падения емкости в резуль­тате эксплуатации ни в коем случае нельзя добавлять новые банки по­следовательно старым - батарея бу­дет при этом разбалансирована.

Конечно, также нельзя соединять в батарею аккумуляторы разных, даже близких емкостей - например 1800 и 2000 мАч, а также использовать в од­ной батарее аккумуляторы разных производителей, поскольку различ­ное внутренне сопротивление приве­дет к разбалансировке батареи.

При пайке следует соблюдать ак­куратность, нельзя допускать пере­грева выводов - это может нарушить герметизацию и навсегда "убить" еще не успевший полетать аккумулятор. Некоторые типы аккумуляторов по­ставляются с уже припаянными кусоч­ками печатной платы к выводам для удобства распайки проводов. При этом добавляется лишний вес - около 1 г на элемент, зато греть места для припайки проводов можно гораздо дольше - стеклотекстолит плохо про­водит тепло. Также провода с разъе­мами следует закрепить на корпусе батареи, хотя бы скотчем, чтобы слу­чайно не оторвать вывод под корень.

Нюансы применения

Приведем еще несколько полез­ных примеров, вытекающих из ранее сказанного, но неочевидных на пер­вый взгляд.

При больших зарядных токах (2А и более) использование тонких про­водов от заряднико до батареи, а также подключение "крокодилами", а не штатными разъемами батареи к заряднику приводит к паразитному падению напряжения в контактах и проводах, зарядник раньше перехо­дит в режим стабилизации напряже­ния, что увеличивает время заряда. Например, на заряднике "Triton" при использовании штатных проводов с "крокодилами" время заряда на токе 1,5 А увеличивается на 20 мин по сравнению с толстыми (1 мм2) прово­дами без "крокодилов".

                 

При использовании коллектор­ных моторов нужно не допускать си­туаций, когда мотор застопорен (например, модель лежит на земле), а на передатчике дан полный газ. Ток при этом слишком велик, и мы риску­ем взорвать батарею (если раньше не сгорит мотор или регулятор).

В течение долгой эксплуатации батареи ее элементы из-за изначаль­ного небольшого разброса емкос­тей становятся несбалансирован­ными - какие-то банки "стареют" раньше других и теряют свою ем­кость быстрее. При большем числе банок в батарее процесс идет быст­рее.

Отсюда вытекает следующее правило - иногда необходимо кон­тролировать емкость каждого эле­мента батареи в отдельности. Для этого можно измерить его напряже­ние в конце заряда. Как часто? Как правило, рекомендуют примерно че­рез 40-50 циклов после начала экс­плуатации раз в 10-20 циклов произ­водить проверку напряжения эле­ментов батареи при заряде для вы­явления "плохих банок".

Также не рекомендуется "высажи­вать в ноль" батарею, гоняя мотор до тех пор, пока он не перестанет вооб­ще вращаться. Новой батарее такое обращение не повредит, а для не­много разбалансированной - это лишний риск разрядить самую          "пло­хую банку" ниже 3 В, из-за чего она еще больше потеряет емкость.

Когда емкости различаются бо­лее чем на 20%, такую батарею без специальных мер заряжать всю цели­ком нельзя!

Для автоматической балансировки элементов батареи при заря­де используют так называемые ба­лансеры (balancer). Это небольшая плата, подключаемая к каждой бан­ке, содержащая нагрузочные резис­торы, схему управления и светодиод, показывающий, что напряжение на данной банке достигло уровня 4,17- 4,19В. При превышении напряжения на отдельном элементе порога в 4,17В балансер замыкает часть тока "на себя", не позволяя напряжению превысить критический порог. По одновременности зажигания свето- диодов видно, какие банки имеют меньшую емкость - на их балансере светодиод зажжется первым. К ба­лансерам предъявляется одно важ­ное дополнительное требование: ток, потребляемый ими от батареи в "ждущем" режиме, должен быть мал, обычно он составляет 5-10 мкА.

Следует добавить, что от пере­разряда некоторых банок в разба­лансированной батарее балансер не спасает, он служит только для за­щиты от повреждения элементов при заряде и средством индикации "пло­хих" элементов в батарее.

Вышесказанное относится к ба­тареям, составленных из трех эле­ментов и более, для двух баночных батарей балансеры, как правило, не применяют.

По многочисленным отзывам, пе­реразряд литиевых аккумуляторов до напрряжения 2,7- 2,8В более гу­бительно сказывается на емкости, чем, например перезаряд до напря­жения 4,4В. Особенно вредно хра­нить батарею в переразряженном состоянии.

Существует мнение, что литий-по­лимерные аккумуляторы нельзя экс­плуатировать при отрицательных тем­пературах. Действительно, в техниче­ских характеристиках на батареи указан рабочий диапазон 0-50°С (при 0°С сохраненяется 80% емкости). Но тем не менее летать на них при тем­пературах около-10...-15°С можно. Дело в том, что не надо перед поле­том морозить батарею - положите ее в карман, где тепло. А в полете внут­реннее выделение тепла в аккумуля­торе оказывается в данный момент полезным свойством, не позволяя ба­тарее замерзнуть. Конечно, отдача аккумулятора будет несколько ниже, чем при нормальной температуре.

Заключение

Учитывая, какими темпами двига­ется технический прогресс в области электрохимии, можно предположить, что будущее за литий-полимерными аккумуляторами, если их не догонят топливные элементы. Поживем - уви­дим...

Потупчик Сергей.

www.parkflyer.ru

Литий-полимерные аккумуляторы (Li-Po). Источники питания и зарядные устройства

Литий-полимерные аккумуляторы (Li-Po)

Технологии производства аккумуляторов не стоят на месте и постепенно Ni-Cd (никель-кадмиевые) и Ni-MH (никель-металл-гидридные) аккумуляторы вытесняются на рынке аккумуляторами, в основе производства которых используются литиевые технологии. Литий-полимерные (Li-Po) и литий-ионные (Li-ion) аккумуляторы всё чаще используются в различных электронных устройствах в качестве источника тока

Литий – серебристо-белый, мягкий и пластичный металл, твёрже натрия, но мягче свинца. Литий – самый легкий металл в мире! Его плотность составляет 0,543 г/см3. Его можно обрабатывать прессованием и прокаткой. Месторождения лития имеются в России, Аргентине, Мексике, Афганистане, Чили, США, Канаде, Бразилии, Испании, Швеции, Китае, Австралии, Зимбабве и Конго

Экскурс в историю

Первые эксперименты по созданию литиевых батарей начались в 1912 году, но только спустя шесть десятилетий, в начале 70-х годов, они впервые были внедрены в бытовые устройства. Причем, подчеркну, это были именно батареи. Последовавшие вслед за этим попытки разработать литиевые аккумуляторы (перезаряжающиеся батареи) оказались неудачными из-за проблем, связанных с обеспечением безопасности их эксплуатации. Литий, самый легкий из всех металлов, имеет наибольший электрохимический потенциал и обеспечивает самую большую плотность энергии. Аккумуляторы, использующие литиевые металлические электроды, характеризуются высоким напряжением, и превосходной емкостью. Но в результате многочисленных исследований в 80-х годах было выяснено, что циклическая работа (заряд – разряд) литиевых аккумуляторов приводит к изменениям на литиевом электроде, в результате которых уменьшается тепловая стабильность и появляется угроза выхода теплового состояния из-под контроля. Когда это происходит, температура элемента быстро приближается к точке плавления лития – и начинается бурная реакция с воспламенением выделяющихся газов. Так, например, большое количество литиевых аккумуляторов для мобильных телефонов, поставленных в Японию в 1991 году, было отозвано после нескольких случаев их воспламенения.

Из-за свойственной литию неустойчивости исследователи обратили свой взор в сторону неметаллических литиевых аккумуляторов на основе ионов лития. Немного проиграв при этом с плотностью энергии и приняв некоторые меры предосторожности при заряде и разряде, они получили более безопасные так называемые литий-ионные (Li-ion) аккумуляторы.

Плотность энергии Li-ion аккумуляторов обычно в несколько раз превышает плотность стандартных NiCd и NiMH аккумуляторов. Благодаря применению новых активных материалов это превосходство ежегодно увеличивается. В дополнение к большой емкости Li-ion аккумулятор при разряде ведет себя аналогично никелевым аккумуляторам (форма их разрядных характеристик похожа и отличается лишь напряжением).

На сегодня существует множество разновидностей Li-ion аккумуляторов, причем можно долго говорить о преимуществах и недостатках того или иного типа, но отличить их по внешнему виду невозможно. Поэтому отметим только те достоинства и недостатки, которые свойственны всем типам этих устройств, и рассмотрим причины, вызвавшие появление на свет литий-полимерных (Li-Po) аккумуляторов.

Li-ion аккумулятор всем был хорош, но проблемы с обеспечением безопасности его эксплуатации и высокая стоимость привели учёных к созданию литий-полимерного аккумулятора (Li-pol или Li-po).

Основное их отличие от Li-ion отражено в названии и заключается в типе используемого электролита. Первоначально, в 70-х годах, применялся сухой твердый полимерный электролит, похожий на пластиковую пленку и не проводящий электрический ток, но допускающий обмен ионами (электрически заряженными атомами или группами атомов). Полимерный электролит фактически заменяет традиционный пористый сепаратор, пропитанный электролитом, благодаря чему они имеют гибкую пластиковую оболочку, имеют меньший вес, большую токоотдачу и могут быть использованы в качестве силовых аккумуляторов для устройств с мощными электродвигателями.

Такая конструкция упрощает процесс производства, характеризуется более высокой безопасностью и позволяет выпускать тонкие аккумуляторы произвольной формы. Минимальная толщина элемента составляет около одного миллиметра, так что разработчики оборудования свободны в выборе формы, очертаний и размеров, вплоть до внедрения его во фрагменты одежды.

Основные преимущества

Литий-ионные и литий-полимерные аккумуляторы при одинаковом весе превосходят по энергоемкости никелевые (NiCd и Ni-MH) аккумуляторы

Низкий саморазряд

Высокое напряжение единичного элемента (3.6-3.7V против 1.2V-1.4 у NiCd и NiMH), что упрощает конструкцию – зачастую аккумулятор состоит только из одного элемента. Многие производители применяют в различных компактных электронных устройствах (сотовые телефоны, коммуникаторы, навигаторы и пр.) именно такой одноэлементный аккумулятор

Толщина элементов от 1 мм

Возможность получать очень гибкие формы

Недостатки

Аккумулятор подвержен старению, даже если он не используется и просто лежит на полке. По вполне очевидным причинам производители об этой проблеме умалчивают. Часы начинают тикать с того момента, как аккумуляторы произвели на заводе, и снижение емкости является результатом повышения внутреннего сопротивления, которое в свою очередь порождается окислением электролита. В итоге внутреннее сопротивление достигнет такого уровня, когда аккумулятор больше не сможет отдавать накопленную энергию, хотя ее в аккумуляторе будет достаточно.Через два или три года он часто становится непригодным к использованию.

Более высокая стоимость по сравнению с NiCd и Ni-MH аккумуляторами

При использовании литий-полимерных аккумуляторов, всегда есть риск их воспламенения, которое может случиться вследствие замыкания контактов, от неправильной зарядки, или механического повреждения аккумулятора. Так как температура горения лития очень высока (несколько тысяч градусов), то он может воспламенить рядом стоящие предметы и вызвать пожар.

Основные характеристики Li-Po аккумуляторов

Как было сказано выше, литий-полимерные аккумуляторы при одинаковом весе превосходят по энергоемкости NiCd и Ni-MH аккумуляторы в несколько раз. Срок службы современных Li-Po аккумуляторов, как правило, не превышает 400-500 циклов заряд-разряд. Для сравнения, срок службы современных Ni-MH аккумуляторов с низким саморазрядом составляет 1000-1500 циклов.

Технологии производства литиевых аккумуляторов не стоят на месте и названные выше цифры в любой момент могут потерять актуальность, т.к. производители аккумуляторов с каждым месяцем наращивают их характеристики за счёт внедрения новых технологических процессов их производства.

Из всего многообразия литий-полимерных аккумуляторов, имеющихся в продаже, можно выделить две основные группы – быстро-разрядные (Hi Discharge) и обычные. Отличаются они между собой максимальным разрядным током – его указывают или в амперах, или в единицах емкости аккумулятора, обозначаемой буквой «С».

Области применения Li-Po аккумуляторов

Применение Li-Po аккумуляторов позволяет решить две важные задачи – увеличить время работы устройств и снизить вес батареи

Обычные Li-Po аккумуляторы применяются в качестве источников питания в электронных устройствах с относительно небольшим токопотреблением (мобильные телефоны, коммуникаторы, ноутбуки и т.д.).

Быстро-разрядные литий-полимерные аккумуляторы часто называют «силовыми» – такие аккумуляторы применяются для питания устройств с высоким токопотреблением. Ярким примером применения «силовых» Li-Po аккумуляторов являются радиоуправляемые модели с электродвигателями и современные гибридные автомобили. Именно в этом сегменте рынка происходит основная конкурентная борьба различных производителей Li-Po аккумуляторов.

Единственная область, где пока литий-полимерные аккумуляторы уступают никелевым – это область супервысоких (40-50С) разрядных токов. По цене, в пересчете на емкость, литий-полимерные аккумуляторы стоят примерно столько же, сколько NiMH. Но в этом сегменте рынка уже появились конкуренты – литий-фосфатные аккумуляторы (Li-Fe), технология производства которых развивается с каждым днём.

Зарядка Li-Po аккумуляторов

Заряд большинства Li-Po аккумуляторов осуществляется по достаточно простому алгоритму – от источника постоянного напряжения 4.20V/элемент с ограничением тока в 1С (некоторые модели современных силовых Li-Po аккумуляторов позволяют заряжать их током в 5С). Заряд считается завершенным, когда ток упадет до 0.1-0.2С. До перехода в режим стабилизации напряжения при токе в 1C аккумулятор набирает примерно 70-80% емкости. Для полной зарядки необходимо время около 1-2 часов. К зарядному устройству предъявляются достаточно жесткие требования по точности поддержания напряжения в конце заряда – не хужу 0,01 V/банку.

Из представленных на рынке зарядных устройств можно выделить два основных типа – простые, не «компьютерные» зарядники в ценовой категории 10-40$, предназначенные только для литиевых аккумуляторов, и универсальные зарядные устройства в ценовой категории 80-400$, предназначенные для обслуживания различных типов аккумуляторов.

Первые, как правило, имеют только светодиодную индикацию заряда, количество банок и ток в них выставляются перемычками или путём подключения аккумулятора к различным разъемам на зарядном устройстве. Достоинство таких зарядных устройств – низкая цена. Главный недостаток – некоторые из таких устройств не умеет правильно определять окончание заряда. Они определяют лишь момент перехода от режима стабилизации тока к режиму стабилизации напряжения, что составляет примерно 70-80% емкости.

Простое зарядное устройство для заряда Li-Po аккумуляторов

У второй группы зарядников возможности намного шире, как правило, они все показывают напряжение, ток, и емкость в мАч, которую аккумулятор «принял» в процессе заряда, что позволяет более точно определять, насколько заряжен аккумулятор. При использовании зарядного устройства самое главное – правильно выставить на заряднике нужное количество банок в батарее и ток заряда, который, как правило, равен 1C.

Универсальное зарядное устройство для зарядки аккумуляторов

Эксплуатация Li-Po аккумуляторов и меры предосторожности

Можно с уверенностью сказать, что литий-полимерные аккумуляторы самые «нежные» из существующих, т.е. требуют обязательного соблюдения нескольких несложных правил. Перечислим их в порядке убывания опасности:

– Перезаряд аккумулятора – заряд до напряжения, превышающего 4.20V на банку

– Короткое замыкание аккумулятора

– Разряд токами, превышающими нагрузочную способность или приводящим к нагреву Li-Po аккумулятора cвыше 60°С

– Разряд ниже напряжения 3V на банку

– Нагрев аккумулятора выше 60?С

– Разгерметизация аккумулятора

– Хранение в разряженном состоянии

Невыполнение первых трех пунктов приводит к пожару, всех остальных – к полной или частичной потере емкости

Из всего сказанного можно сделать следующие выводы:

Чтобы не было пожара, надо иметь нормальный зарядник и правильно выставлять на нем число заряжаемых банок

Необходимо также использовать разъемы, исключающие возможность короткого замыкания батареи и контролировать ток, потребляемый устройством, в котором установлен Li-Po аккумулятор

Необходимо быть уверенным, что ваше электронное устройство,в котором установлен аккумулятор не перегревается. При +70?С в аккумуляторе начинает идти «цепная реакция», превращающая запасенную им энергию в тепло, аккумулятор буквально растекается, поджигая все, что может гореть

Если замкнуть почти разряженный аккумулятор, то пожара не будет, он тихо и мирно «умрет» из-за переразряда

Следите за напряжением в конце разряда аккумулятора и обязательно отключайте его после работы

Разгерметизация – так же причина выхода литиевых аккумуляторов из строя. Внутрь элемента не должен попадать воздух. Это может произойти при повреждении внешнего защитного пакета (аккумулятор запаян в пакет наподобие термоусадочной трубки) в результате удара, или повреждения острым предметом, или при сильном перегреве вывода аккумулятора при пайке. Вывод – не ронять с большой высоты и паять аккуратно

Хранить аккумуляторы, судя по рекомендациям производителей, следует в заряженном на 50-70% состоянии, лучше в прохладном месте, при температуре не выше 30°С. Хранение в разряженном состоянии отрицательно сказывается на сроке службы. Как и у всех аккумуляторов, у литий-полимерных есть небольшой саморазряд.

Сборка Li-Po батарей

Для получения батарей с высокой токоотдачей или большой емкости используют параллельное соединение аккумуляторов. Если вы покупаете готовую батарею, то по маркировке можно узнать, сколько в ней банок и как они соединены. Буква Р (parallel) после числа обозначает количество соединенных параллельно банок, a S (serial) – последовательно. Например, «Kokam 1500 3S2P» обозначает батарею, соединенную последовательно из трех пар аккумуляторов, и каждая пара образована двумя параллельно соединенными аккумуляторами емкостью по 1500 мАч, т.е. емкость батареи будет 3000 мАч (при соединении параллельно емкость возрастает), а напряжение – 3,7V х 3=11,1V.

Если вы покупаете аккумуляторы отдельно, то перед соединением их в батарею нужно уравнять их потенциалы, особенно это касается варианта параллельного включения, так как при этом одна банка начнет заряжать другую и зарядный ток может превысить значение 1C. Желательно, все купленные банки перед соединением разрядить до 3V током около 0.1- 0.2С. Напряжение надо контролировать цифровым вольтметром с точностью не ниже 0.5%. Это обеспечит надежное функционирование батареи в будущем.

Выравнивание потенциалов (балансировку) также желательно проводить даже уже на собранных фирменных батареях перед их первым зарядом, так как многие фирмы, собирающие элементы в батарею, не балансируют их перед сборкой.

Из-за падения емкости в результате эксплуатации ни в коем случае нельзя добавлять новые банки последовательно старым – батарея будет при этом разбалансирована.

Конечно, также нельзя соединять в батарею аккумуляторы разных, даже близких емкостей – например 1800 и 2000 мАч, а также использовать в одной батарее аккумуляторы разных производителей, поскольку различное внутренне сопротивление приведет к разбалансировке батареи.

При пайке следует соблюдать аккуратность, нельзя допускать перегрева выводов – это может нарушить герметизацию и навсегда «убить» еще не поработать аккумулятор. Некоторые Li-Po аккумуляторы поставляются с уже припаянными кусочками текстолитовой печатной платы к выводам для удобства распайки проводов. При этом добавляется лишний вес – около 1 г на элемент, зато греть места для припайки проводов можно гораздо дольше – стеклотекстолит плохо проводит тепло. Провода с разъемами следует закрепить на корпусе батареи, хотя бы скотчем, чтобы случайно не оторвать их при многократном подключении к зарядному устройству

Нюансы применения Li-Po аккумуляторов

Приведу еще несколько полезных примеров, вытекающих из ранее сказанного, но неочевидных на первый взгляд …

При больших зарядных токах (2 А и более) использование тонких проводов от зарядного устройства до батареи, а также подключение «крокодилами», а не штатными разъемами батареи к заряднику приводит к паразитному падению напряжения в контактах и проводах, зарядник раньше переходит в режим стабилизации напряжения, что увеличивает время заряда. Например, на заряднике «Triton» при использовании штатных проводов с «крокодилами» время заряда на токе 1,5 А увеличивается на 20 мин по сравнению с толстыми (1 мм2) проводами без «крокодилов».

В течение долгой эксплуатации батареи ее элементы из-за изначального небольшого разброса емкостей становятся несбалансированными – какие-то банки «стареют» раньше других и теряют свою емкость быстрее. При большем числе банок в батарее процесс идет быстрее. Отсюда вытекает следующее правило – необходимо контролировать емкость каждого элемента батареи.

В случае обнаружения в сборке аккумулятора, ёмкость которого отличается от других элементов более, чем на 15-20%, рекомендуется отказаться от использования всей сборки, или из оставшихся аккумуляторов спаять батарею с меньшим количеством элементов.

Не рекомендуется «высаживать в ноль» батарею – это лишний риск разрядить самую «плохую банку» в сборке ниже 3V, из-за чего она еще больше потеряет емкость

Современные зарядные устройства имеют встроенные балансиры (balancer), которые позволяют заряжать все элементы в батареи отдельно под чётким контролем. Если зарядное устройство не оборудовано балансиром, то его необходимо приобрести отдельно и заряд аккумуляторов желательно производить с его использованием.

Внешний балансир – это небольшая плата, подключаемая к каждой банке, содержащая нагрузочные резисторы, схему управления и светодиод, показывающий, что напряжение на данной банке достигло уровня 4.17-4.19V. При превышении напряжения на отдельном элементе порога в 4.17V балансир замыкает часть тока «на себя», не позволяя напряжению превысить критический порог.

Следует добавить, что от переразряда некоторых банок в разбалансированной батарее балансер не спасает, он служит только для защиты от повреждения элементов при заряде и средством определения «плохих» элементов в батарее.

Вышесказанное относится к батареям, составленных из трех элементов и более, для двух-баночных батарей балансиры, как правило, не применяют

По многочисленным отзывам, разряд литиевых аккумуляторов до напрряжения 2.7- 2.8V более губительно сказывается на емкости, чем, например перезаряд до напряжения 4.4V. Особенно вредно хранить батарею в переразряженном состоянии.

Существует мнение, что литий-полимерные аккумуляторы нельзя эксплуатировать при отрицательных температурах. Действительно, в технических характеристиках на батареи указан рабочий диапазон 0-50°С (при 0°С сохраненяется 80% емкости аккумулятора). Но тем не менее, использовать Li-Po аккумуляторы при отрицательных температурах, около-10…-15°С, можно. Дело в том, что не нужно перед использованием морозить батарею – положите ее в карман, где тепло. А в процессе использования внутреннее выделение тепла в аккумуляторе оказывается в данный момент полезным свойством, не позволяя батарее замерзнуть. Конечно, отдача аккумулятора будет несколько ниже, чем при нормальной температуре.

Заключение

Учитывая, какими темпами двигается технический прогресс в области электрохимии, можно предположить, что будущее за литиевыми технологиями накопления энергии, если их не догонят топливные элементы. Поживем – увидим…

Поделитесь на страничке

Следующая глава >

tech.wikireading.ru


Смотрите также