РазноеЛитий полимерные аккумуляторы как заряжать – Схемы самодельных зарядок для литий-ионных аккумуляторов (18650, 14500 li-ion), как правильно заряжать литий-полимерные АКБ

Литий полимерные аккумуляторы как заряжать – Схемы самодельных зарядок для литий-ионных аккумуляторов (18650, 14500 li-ion), как правильно заряжать литий-полимерные АКБ

Содержание

Насколько опасен литий-полимерный (LiPo) аккумулятор

Литий-полимерные аккумуляторы (LiPo)

В наше время появляется все больше и больше портативной переносной аппаратуры. Это могут быть мобильные телефоны, bluetooth-колонки и различные гаджеты. Наиболее часто используемым источником энергии в этом случае является литий-полимерный аккумулятор (Li-Po).

литий полимерный аккумуляторЛитий полимерный аккумулятор в радиоприемнике

Такие аккумуляторные батареи имеют превосходную плотность энергии на килограмм, так называемый Вт × час /кг (Wh/kg) или на английский манер gravimetric energy density. Этот параметр показывает, как много энергии содержит аккумулятор либо конденсатор по отношению к его массе. Например, автомобили Тесла используют в своих электрокарах аккумуляторы с плотностью энергии в 254 Вт × час/кг.

Самой бешеной плотностью энергии на килограмм является элемент Уран-235. Если создать все условия для его расщепления, чем и занимаются на АЭС, то можно получить с него энергию до 24 500 000 000 Вт × час/кг! Это почти в 10 000 000 раз выше, чем у бензина. Можно сказать, что 1 кг урана даст в 10 000 000 раз больше энергии, чем 1 кг бензина, если, конечно, “разогнать” уран в ядерном реакторе.

Есть также такой параметр, как плотность энергии по отношению к объему или на английский манер volumetric density energy. Этот параметр показывает как много энергии содержит аккумулятор либо конденсатор по отношению к его объему. Выражается этот параметр, как Вт×час/литр или на английский манер Wh/L. Не забываем, что объем можно выражать также в литрах.

График эффективности различных типов аккумуляторов выглядит так:

эффективность аккумуляторов График эффективности аккумуляторов различных видов

В настоящее время существуют множество литий-полимерных аккумуляторов разных форм и видов.

виды литий-полимерных аккумуляторовВиды литий-полимерных аккумуляторов

В первую очередь давайте разделим наши аккумуляторные батареи по видам. Есть одноэлементные батареи, которые выдают номинальное напряжение в 3,7 Вольт, а также есть многоэлементные батареи, которые состоят из одноэлементных. Здесь работает правило последовательного и параллельного соединения источников питания.

последовательное и параллельно соединение источников питанияПоследовательное и параллельно соединение источников питания

Получаем, что если соединять последовательно одноэлементные LiPo аккумуляторы, то можно увеличивать кратно их общее напряжение.

многоэлементные батареи

*cell – элемент, ячейка.

Одноэлементные аккумуляторы чаще всего можно увидеть в ваших мобильных телефонах и других гаджетах.

литий полимерный аккумуляторНасколько опасен литий-полимерный (LiPo) аккумулятор

Многоэлементные аккумуляторы используются в электровелосипедах, электроскутерах и тд.

Насколько опасен литий-полимерный (LiPo) аккумулятор

Схема контроля и защиты аккумуляторной батареи

На простом одноэлементном аккумуляторе мы можем увидеть термоскотч, который закрывает контакты аккумулятора

литий полимерный аккумулятор без схемы защитылитий полимерный аккумулятор без схемы защиты

Некоторые дешевые одноэлементные аккумуляторы не имеют схемы защиты и контроля от перезаряда и разряда. Выводы в этом случае выходят прямо из батареи.

литий-полимерный аккумулятор без схемы защитыаккумулятор без схемы контроля и защиты

Но на большинстве аккумуляторов все-таки присутствует схема защиты и контроля заряда

литий-полимерный аккумулятор со схемой защиты и контроля
аккумулятор со схемой защиты и контроля заряда

Здесь мы можем увидеть микросхему-контроллер DW01x,  которая выполняет сразу несколько функций.

контроллер заряда DW01контроллер заряда DW01

Она разработана специально для литий-ионных/полимерных батарей и защищает их от повреждения или ухудшения срока службы из-за перезаряда, переразряда и/или сверхтока для одноэлементной литий-ионной/полимерной батареи. Более подробно ознакомится с ней можно здесь.

Также можно увидеть микросхему 8205

микросхема 8205 в литий-полимерный аккумулятормикросхема 8205 в литий-полимерном аккумуляторе

Эта микросхема является сборкой из двух N-канальных MOSFET транзисторов, которые управляются нашей DW01x.

8205 микросхема
8205 микросхема

Более подробно в даташите здесь.

В сборе вся схема заряда на Li-Po одноэлементную батарею выглядит приблизительно вот так:

схема защиты литий-полимерный аккумуляторсхема защиты литий-полимерного аккумулятора

Как вы могли заметить, микросхема 8205 представлена в виде двух МОП-транзисторов.

На Алиэкспрессе можно найти готовые модули для зарядки одноэлементных батарей. Здесь отчетливо видно микросхемы DW01A, 8205A, а также незнакомую нам TC4056A, которая является еще одним программируемым контроллером. Она задает ток зарядки, напряжение и тд. с источника питания. С таким модулем ваша аккумуляторная батарея без схемы защиты может

спать заряжаться спокойно.

литий-полимерный аккумулятор модуль защиты и контроля зарядамодуль контроля и защиты заряда для литий-полимерных батарей

Присмотреть себе такой модуль вы можете по этой ссылке.

Что будет, если мы вообще уберем схему защиты и контроля? Итак, для этого нам понадобится простой кислотный аккумулятор.

Берем вот такой аккумулятор

кислотный аккумулятор

и цепляем его к нашей LiPo батарее без схемы защиты и контроля заряда, то есть напрямую к ее выводам

Насколько опасен литий-полимерный (LiPo) аккумулятор

В течение нескольких секунд батарею сначала пучит

вспученный литий-полимерный аккумуляторвздувшаяся литий-полимерная батарея

А потом она взрывается.

Насколько опасен литий-полимерный (LiPo) аккумуляторвзорвавшаяся литий-полимерная батарея

Поэтому, схема контроля и защиты очень важна для LiPo аккумуляторных батарей.

Параметры схемы защиты и контроля

Давайте разберем некоторые параметры схемы защиты и контроля на литий-полимерную батарею на базе микросхемы DW01-P

параметры схемы защиты для литий-полимерного аккумулятораосновные параметры схемы защиты для литий-полимерного аккумулятора

Сразу можно заметить, что если к батарее с напряжением самого элемента в 3,9 В не подключена никакая нагрузка, то схема защиты и контроля будет “кушать” 3 мкА. Это вообще копейки. Если же на элементе будет 2 В, то схема уйдет в так называемый очень экономный режим и будет кушать максимум 0,1 мкА, то есть почти ничего.

Насколько опасен литий-полимерный (LiPo) аккумулятор

Ну теперь можно перейти к более интересным параметрам.

Overcharge Protection Voltage

По-русски, защита от переЗАРЯДА. В нашем случае типичное значение этого параметра составляет 4,25 В. То есть, когда наша батарея зарядится до 4,25 В, сработает защита и батарея перестанет потреблять ток.

Насколько опасен литий-полимерный (LiPo) аккумулятор

Давайте проверим это на практике. Выставляем на блоке питания значение в 4,2 Вольта Насколько опасен литий-полимерный (LiPo) аккумулятор

и начинаем заряжать наш аккумулятор. О том, что аккумулятор начал заряжаться, нам показывает индикация силы тока. В данный момент она равна 0,72 Ампера.

Насколько опасен литий-полимерный (LiPo) аккумулятор

Но что случится, если мы подадим большее напряжение на батарею? Выставляем 4,5 В и смотрим на потребление силы тока аккумулятором.

Насколько опасен литий-полимерный (LiPo) аккумулятор

Как вы могли заметить, потребление сразу же упало до нуля, что говорит нам о том, что сработала защита. Напряжение, более чем 4,2 Вольта для Li-ion/Po аккумуляторов считается убийственным. В данном случае схема защиты и контроля заряда отлично справилась со своей работой.

Overcharge Release Voltage

Очень интересный параметр. Итак, у нас батарея “наелась” электрического тока до 4,25 В. Схема защиты ее отключила от дальнейшего заряда, иначе она бы бабахнула, как в опыте выше. Но вот было бы неправильно, если зарядка батареи продолжалась бы после того, как напряжение на батарее просело бы, допустим, до 4,24 В. Что опять подзаряжать батарею? Опять лишний раз “дергать” ключи на мосфетах? Зачем? Поэтому, вводят так называемый гистерезис. Когда напряжение на самом элементе просядет до этого значения, то он снова начнет заряжаться.

Насколько опасен литий-полимерный (LiPo) аккумулятор

В нашем случае типичное значение составляет 4,05 В. То есть, если напряжение батареи просядет до этого уровня, схема контроля и защиты вновь продолжит заряд аккумулятора до уровня Overcharge Protection Voltage.

Overdischarge Protection Voltage

Защита от переРАЗРЯДА.

Насколько опасен литий-полимерный (LiPo) аккумулятор

Достигнув этого значения, батарея уходит в глубокую спячку. Но почему так происходит, что она не желает заряжаться? Дело как раз в параметре Overdischarge Release Voltage (о нем ниже).

Overdischarge Release Voltage

Насколько опасен литий-полимерный (LiPo) аккумулятор

Пока разряженная батарея не достигнет этого уровня, все попытки зарядить ее тщетны, если только напрямую подать электрический ток сразу на выводы аккумулятора, хотя в этом режиме она все равно может заряжаться, но очень-очень долго. То есть в нашем случае, для того, чтобы снова можно было заряжать батарею, на элементе должно быть напряжение не менее 3 В. Если будет меньше, заряд просто не пойдет.

PS. Эх, сколько было выкинуто таких батареек на свалку человечеством! Люди думали, что батарейка полностью сдохла и отказывалась заряжаться. А всего-то надо было немного подзарядить элемент до уровня разрешения зарядки Overdischarge Release Voltage и спокойно дальше заряжать аккумулятор.

Overcurrent Protection

Ну а также есть замечательный параметр, как перегрузка по току Overcurrent Protection. В нормальном режиме микросхема DW01x постоянно контролирует ток разряда на своем выводе CS. Здесь есть два пути развития событий:

– если на ноге CS будет напряжение 150 мВ (перегруз по току), то через 10 мс батарея уйдет “спать” и полностью отключит нагрузку

– если на этой ноге будет напряжение 1,35 В (режим короткого замыкания выводов) то батарея уйдет “спать” меньше, чем за 500 мкс. То есть как только коротнули выводы, батарея мгновенно отключает нагрузку).

Для того, чтобы батарея вышла из спящего режима, надо полностью отцепить нагрузку, либо сделать так, чтобы нагрузка превышала 500 кОм.

Короткое замыкание без схемы защиты и контроля

А что если устроить короткое замыкание батареи без схемы защиты и контроля? Для этого убираем эту плату и коротим выводы батареи накоротко. Через несколько секунд видим, что ее пучит и разрывает.

Насколько опасен литий-полимерный (LiPo) аккумулятор

Имейте ввиду, что составные батареи не имеют встроенную схему защиты и контроля, так как в основном предназначены для силовых устройств.

Насколько опасен литий-полимерный (LiPo) аккумулятор

Насколько опасен литий-полимерный (LiPo) аккумулятор

Поэтому, с ними нужно быть как можно более осторожными, не замыкать выводы и не перегружать по току, если собираетесь их использовать в своих разработках. Для них идет специальное умное зарядное устройство, которое отключает заряд при полном заряде батареи

Насколько опасен литий-полимерный (LiPo) аккумулятор

либо специальный модуль для заряда таких аккумуляторов

Насколько опасен литий-полимерный (LiPo) аккумулятор

Его можете посмотреть по этой ссылке.

Материал для статьи был подготовлен по видео

Литий-полимерный аккумулятор Q10. Личный разбор полётов

Напишу краткий обзор про power bank, который я купил пару месяцев назад. Начать стоит с того, что для меня такое устройство практически необходимо. Если Вы, как и я, редко бываете дома и Вам нужно быть всегда на связи, тогда, скорее всего, этот обзор для Вас. Ведь большинство современных смартфонов садится очень быстро, аккумулятора порой не хватает и на полдня. Ничего не попишешь — дань современности, приходится волей-неволей «кибернетизироваться», обвешивая себя дополнительными гаджетами. Хотелось бы, правда, не нагромождать себя сверх меры и выбрать маленькое, но мощное устройство. А для этого нужно хорошо обдумать и сверить множество «пауэр-банков», что я и сделал. Без метода проб и ошибок тоже не обошлось, конечно.

В общем, узнал я про такого зверя как литий-полимерный аккумулятор. Основное его преимущество заключается в малой толщине и в том, что ему можно придать любую форму. По сути, тонкий и изящный гаджет, под стать смартфонам. Я так понимаю, что срок эксплуатации не сильно отличается от литий-ионных аналогов, но проверить лично пока не успел. Такое устройство у меня впервые.

Сам внешний аккумулятор на 10000 мАч — модель Q10 — меня выкупил наличием функции Quick Charge 3. Она позволяет зарядить телефон полностью за полчаса с хвостиком (у меня заряжает), то есть раза в 4 быстрее, чем обычно. Зависит, конечно, ещё и от мощности Вашего смартфона. Такая скорость объясняется хорошо оптимизированным процессом зарядки, снижением энергопотребления и сведением на нет тепловыделения, которое негативно сказывается на любом аккумуляторе. Иными словами, это не только мощный power bank, но ещё и экономичный.

На прошлой работе у меня был литий-ионный внешний «зарядник», и он меня вполне устраивал: всегда можно было зарядить его от персонального компьютера, чтобы в пути не волноваться о разрядке телефона. Сейчас же моя работа скорее носит разъездной характер, и такой возможности больше нет. Поэтому потребовалось прикупить качественный внешний аккумулятор с пониженной степенью саморазрядки. А литий-полимерная технология как раз это и подразумевает, в том числе.

Если Ваш смартфон поддерживает USB Type-C, тогда Q10 будет вообще идеальным вариантом. Кабель Type-C является двусторонним, что позволяет заряжать как соответствующее устройство, так и сам power bank. Кстати, я проверил, и Quick Charge тоже работает «в обе стороны», то есть зарядку внешнего аккумулятора тоже можно ускорить таким образом.

Причина такого чудесного свойства — использование технологии Power Delivery. О ней я услышал ещё где-то в 2013 году, но в обиход она «въезжает» только сейчас. Мне посчастливилось иметь дома макбук, поэтому я убедился на практике: да, с помощью такого power bank можно заряжать и Mac-устройство. Лично мне это почти не пригодится, ибо пользуюсь Mac-ом редко, но сама по себе такая возможность весьма привлекательна.

Внешние качества устройства меня порадовали. Я выбрал модель приятного серого цвета: достаточно стильно и строго. Да и пыль мало пристаёт к поверхности. Надеюсь, что такой внешний вид устройства сохранится на протяжении всего срока эксплуатации.

Даже большие внешние аккумуляторы старого образца не могли обеспечить мне и полутора цикла заряда, не говоря уже о двух и более. А вот Q10 даже перевыполнил этот план, гарантируя 3,5 цикла заряда на момент написания статьи. Более чем приемлемо, особенно учитывая скромные габариты устройства (легко помещается в карман вместе с телефоном).

В целом, не зря я читал кучу обзоров про внешние аккумуляторы. Количество наконец переросло в качество, и модель Q10 могу смело порекомендовать тем, кому нужно поддерживать «в тонусе» заряд устройства в течение дня. Активным людям мира сего посвящается, если позволите.

 

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:

Проверка LiPo аккумулятора после покупки

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.

Литий-полимерные аккумуляторы (Li-Po) | Современные зарядные устройства и аккумуляторы

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:

  1. Перезаряд аккумулятора — заряд до напряжения, превышающего 4.20V на банку
  2. Короткое замыкание аккумулятора
  3. Разряд токами, превышающими нагрузочную способность или приводящим к нагреву Li-Po аккумулятора cвыше 60°С
  4. Разряд ниже напряжения 3V на банку
  5. Нагрев аккумулятора выше 60ºС
  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 устройством, в котором установлен Li-Po аккумулятор
  • Необходимо быть уверенным, что ваше электронное устройство,в котором установлен аккумулятор не перегревается. При +70ºС 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 поработавший аккумулятор. Некоторые Li-Po аккумуляторы поставляются с уже припаянными к выводам кусочками текстолитовой печатной платы 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…

В статье использованы материалы статей Сергея Потупчика и Владимира Васильева

Какие бывают LiPo аккумуляторы? Руководство для начинающих пилотов дронов и коптеров

Коптеры «заправляют» литиевыми аккумуляторами, которые могут хранить и быстро выдать очень много энергии. В этом руководстве мы разберем маркировку LiPo аккумуляторов и посмотрим, как безопасно с ними обращаться.

Оригинал: How to choose LiPo Battery for Mini Quad, Drones and Quadcopters

Дисклеймер: вся информация на этой странице должна рассматриваться как совет, а не как руководство к действию. Вы сами должны убедиться в безопасности использования имеющихся аккумуляторов, используйте информацию из этой статьи на свой страх и риск.

Безопасны ли LiPo аккумуляторы?

LiPo аккумуляторы могут взорваться при перегреве (почему взрываются литиевые аккумуляторы?) Это произойдет только если вы будете обращаться с ними неправильно или когда они физически повреждены. Если вы обращаетесь с ними аккуратно, то ничего страшного не произойдет.

Какие литиевые аккумуляторы мне купить?

Возможно, вам неинтересна вся теория об аккумуляторах, и вы просто хотите знать, какие лучше брать? Вот списки аккумуляторов, которые я уже попробовал и которые я могу рекомендовать: лучшие 4S LiPo аккумуляторы, лучшие 6S LiPo аккумуляторы (англ).

Однако я рекомендую внимательно прочитать эту статью и разобраться с тем, как эксплуатировать литиевые аккумуляторы; безопасность превыше всего!

Содержание

Что нужно знать про Литий-полимерные аккумуляторы?

Литий-полимерные аккумуляторы часто обозначаются как LiPo, у них высокая плотность хранения энергии, очень большие разрядные токи и небольшой вес, всё это делает их отличными кандидатами для использования в радиоуправляемых моделях.

Прочитав эту статью до конца, вы разберетесь в основных характеристиках этих аккумуляторов.

lipo-battery-guide-what-is-voltage-c-rating-capacity-leads

Напряжение и количество ячеек (S)

Lipo аккумуляторы, используемые в моделизме собраны из отдельных ячеек (банок), номинальное напряжение банки 3,7 В. Для получения более высокого напряжения их соединяют последовательно.

lipo-battery-guide-what-is-voltage-c-rating-capacity-leads

Обычно, вместо напряжения мы указываем количество банок — «S», из которых состоит аккумулятор.

1S = 1 банка = 3.7 В
2S = 2 банки = 7.4 В
3S = 3 банки = 11.1 В
4S = 4 банки = 14.8 В
5S = 5 банок = 18.5 В
6S = 6 банок = 22.2 В

Например, аккумулятор с напряжением 14.8 В, мы можем назвать, четырех баночным или «4S».

lipo-battery-guide-what-is-voltage-c-rating-capacity-leads

Напряжение напрямую влияет на обороты бесколлекторных двигателей, следовательно, для увеличения скорости квадрокоптера вы можете использовать аккумулятор с бОльшим числом банок, если конечно мотор и регулятор оборотов (да и другая электроника) выдержат повышенное напряжение (вот тут можно почитать про использование 3S и 4S аккумуляторов на коптерах).

Но! аккумулятор с бОльшим числом банок, но той же емкости будет тяжелее, т.к. банок просто больше. Чтобы получить аккумулятор 4S 1000мА*ч, вы можете просто соединить последовательно два аккумулятора 2S 1000мА*ч или один 3S 1000 мА*ч и один 1S 1000 мА*ч.

Номинальное напряжение литиевых аккумуляторов — 3.7 В. Однако это не то напряжение, которое выдает аккумулятор будучи полностью заряженным или полностью разряженным. Это число используется производителями и находится примерно посередине рабочего и безопасного диапазона напряжений, так что в этом есть какой-то смысл.

Lipo разработаны для безопасной работы в диапазоне напряжений от 3 В до 4.2 В. Разряд ниже 3 В может вызвать необратимые изменения, потерю емкости или даже повредить аккумулятор. Перезаряд выше 4.2 В опасен и, как правило, приводит к возгоранию аккумулятора.

С целью увеличения срока службы, есть смысл прекращать разряд аккумулятора при напряжении 3,5 В. Например, для 3S макс. напряжение будет 12,6 В, а приземляться стоит при падении напряжения до 10,5 В (т.е. 3.5 В на банку).

Емкость литий-полимерного аккумулятора и его размер

Емкость измеряется в мА*ч (миллиампер в час). «мА*ч» по сути означает каким током нужно разряжать аккумулятор, чтобы он разрядился за 1 час.

Например, имеется аккумулятор 1300 мА*ч, потребуется ток 1,3 А чтобы разрядить его за 1 час. Если ток будет удвоен (т.е. 2,6 А), тогда время разряда сократится вдвое (1,3 / 2,6 = 0,5). Если разряжать током 39А, то аккумулятор разрядится за 2 минуты (1,3 / 39 = 1 / 30 часа или 2 минуты).

Увеличение емкости аккумулятора позволит увеличить полетное время, но вес и размер аккумулятора тоже увеличится. Нужно искать компромисс между емкостью и весом, которые влияют на полетное время и управляемость коптера. Возможно, вам будет интересно, я написал небольшое руководство по выбору оптимальной емкости аккумулятора (англ.) для более длительных полетов на коптере.

Увеличение емкости также позволит увеличить разрядный ток, подробнее читайте ниже.

На всякий случай замечу, что 1000 мА*ч = 1 А*ч.

Токоотдача, C-рейтинг

У современных LiPo аккумуляторов указываются C-рейтинг. Зная С-рейтинг и емкость аккумулятора можно вычислить безопасный максимальный разрядный ток аккумулятора.

Максимальный разрядный ток = C-рейтинг * Емкость

Например: аккумулятор 1300 мА*ч 50С будет иметь максимальный разрядный ток 65А

Иногда указывается два числа — постоянный ток (Continuous) и пиковый (burst). Пиковый рейтинг — это ток, который может отдать аккумулятор только кратковременно (ориентировочно 10 секунд).

Вот статья на английском, объясняющая важность C-рейтинга. Несмотря на то, что этот параметр очень важен, в наши дни ему не всегда можно верить (все врут (с) доктор Хаус, прим. перев).

Если C-рейтинг слишком маленький, то аккумулятору будет сложно выдать большую мощность и коптер будет летать менее резво. А слишком большим разрядным током можно даже повредить аккумулятор.

Если рейтинг больше, чем требуется, то вы не получите значительных преимуществ. Вместо этого аккумулятор будет тяжелее, а это мертвый вес для коптера, который уменьшит полетное время.

Основные, силовые разъемы

Логично, что разъем у аккумулятора должен подходить к разъему на коптере. Если коптера у вас еще нет, выберите один тип разъемов и используйте его везде.

Lipo аккумуляторы идут с 2 разъемами: балансирный разъем и основной, силовой разъем (за исключением аккумуляторов 1S, у них всего 1 силовой разъем). Существует несколько видов разъемов. Отличаются в основном по форме, весу и допустимому максимальному току.

Разъемы 1S аккумуляторов

Разъемы 1S аккумуляторов очень маленькие, а максимально допустимый ток не очень большой. Они в основном используются в коптерах с коллекторными моторами.

LOSI   losi-lipo-battery-connector
Pico blade  pico-blade-lipo-battery-connector
JST-PH  jst-ph-lipo-battery-connector

Разъемы аккумуляторов 2S-6S

В этой категории аккумуляторов побольше видов разъемов, но не все здесь перечислены. Многие из них используются не часто, так что не стоит о них беспокоиться. Для мини коптеров самый популярный разъем это XT60.

Однако XT60 рассчитан на токи до 60А, а коптеры потребляют все больше и больше, так что скоро популярность обретут и другие разъемы.

Вот статья с описанием проводов, разъемов и максимально допустимых токов.

Балансирный разъем

Этот разъем используется для балансировки аккумулятора при заряде, т.е. для того, чтобы убедиться, что все банки заряжены одинаково.

Количество проводов зависит от числа банок, 3 провода у аккумулятора 2S, при увеличении числа банок, количество проводов также увеличивается.

balance-lead-lipo-battery-connector

Внутреннее сопротивление

Внутреннее сопротивление (Internal resistance — IR) может рассказать, на сколько хорош аккумулятор. Чем ниже значение, тем лучше. Чем выше внутреннее сопротивление, тем меньше максимальный ток; а просадка напряжения больше. При этом больше энергии впустую тратится на нагрев и, следовательно, больше шансов перегреть аккумулятор.

Внутреннее сопротивление аккумулятора увеличивается по мере эксплуатации. Это необратимый процесс. Поэтому старые и часто используемые аккумуляторы уже не дают такого подрыва коптеру, их мощность просто недостаточна.

IR может отличаться у разных банок в аккумуляторе, и самое большое значение — это то самое бутылочное горлышко, которое ограничивает мощность. Для измерения внутреннего сопротивления можно использовать как специальные инструменты, так и современные зарядники, например, iSDT (обзор).

Подробнее про внутреннее сопротивление можно узнать из статьи про C-рейтинг (англ).

LiHV

LiHV — это разновидность Lipo аккумуляторов, HV обозначает High Voltage (высокое напряжение). Плотность энергии у них выше, чем у традиционных Lipo аккумуляторов, их можно заряжать до 4,35 В на ячейку. Однако отзывы об их живучести противоречивые, т.е. они могут деградировать быстрее чем обычные LiPo.

Более подробно про LiHv.

Как выбрать LiPo аккумулятор для коптера

Чтобы выбрать аккумулятор для коптера нужно составить список требований к нем: число банок, макс. разрядный ток и т.д.

Выясняем какой ток потребляет коптер

После выбора моторов и пропов для коптера, погуглите обзоры и найдите максимальный потребляемый ток этой винтомоторной группы. Например, я использую моторы с винтами 5040х3 и при 100% газа, потребляемый ток будет 36,7 А.

balance-lead-lipo-battery-connector

Ток, потребляемый четырьмя моторами при максимальном газе, будет 36.7 x 4 = 146.8 A. Если делать все по правилам, то нужно выбирать аккумулятор именно с таким макс. током. Я обычно скидываю 10%, т.е. 146.8*0.9 = 132.1A, делаю это исходя из условий, которые описаны ниже.

На сколько точны тесты тяги в статике?

Учтите, что в реальном полете, из-за набегающего потока воздуха, потребляемый ток обычно ниже, чем при тестах «в статике».

Ещё обратите внимание на то, что ток при 90% газа и 100% отличается очень сильно. Спросите себя, как часто я буду летать на 100% тяги, на сколько это важно?

Лично я большую часть времени летаю с тягой 40% — 80%, даже при рывке ток подскочит всего на несколько секунд.

Какой ток потребляют другие компоненты коптера?

На коптере, помимо моторов есть и другие потребители: приемник, полетный контроллер, светодиоды, FPV оборудование и т.д. Но, по сравнению с моторами, они потребляют очень мало, и поэтому этот ток обычно не учитывают. Или добавляют 1 — 2 ампера.

Выбираем оптимальную емкость аккумулятора для коптера

Зная размер коптера и требуемый C-рейтинг аккумулятора мы можем начать подбирать подходящий. Вот несколько примеров, зависимость емкости аккумулятора от диаметра пропов, лично исхожу из этих значений.

6″ — 1500 мА*ч — 2200 мА*ч
5″ — 1300 мА*ч — 1800 мА*ч
4″ — 850 мА*ч — 1300 мА*ч
3″ — 650 мА*ч — 1000 мА*ч

Скажем так, если вы собираете 5″ коптер, и хотите довольно легкую модель, я бы рекомендовал использовать аккумулятор с емкостью 1300 мА*ч (1,3 А*ч).

Исходя из имеющихся данных прикинем пиковый C-рейтинг:

Пиковый С = Макс. потребляемый ток / емкость

В нашем примере получается: 132,1 А / 1,3 А*ч ~ 102 С. Как правило производитель считает пиковым значением удвоенное нормальное значение, т.е. аккумулятор должен быть 102 / 2 = 51 С (минимум).

Влияние стиля полета на выбор аккумулятора

Если вы планируете часто летать с газом более 50%, то вам придется купить аккумуляторы с бОльшим рейтингом.

Вы должны учитывать то, что более важно именно вам: стиль полета, вес, и емкость аккумулятора. Хардкорные гонщики предпочитают очень легкие аккумуляторы, с емкостью достаточной только чтобы пройти гонку. У фристайлеров вес не самый главный критерий, им могут подойти более тяжелые аккумуляторы, чтобы увеличить полетное время.

Аккумуляторы каких фирм лучше всего брать?

Постарайтесь не брать безымянные (noname) аккумуляторы, выбирайте проверенные бренды. Также есть смысл повременить и не брать аккумы от новых малоизвестных фирм, подождать пока качество их продукции станет постоянным. У некоторых новых брендов по началу выходят 1-2 отличные партии аккумуляторов, а после появления положительных отзывов и хороших обзоров, они снижают качество для увеличения прибыли.

Acehe, Tattu, Turnigy, Dinogy, Infinity и т.д. — это хорошо известные бренды, проверенные временем (напомните мне, если я пропустил что-то хорошее).

Как заряжать Lipo аккумуляторы

Не покупайте первый попавшийся зарядник

Очень важно заряжать аккумуляторы подальше от легковоспламеняющихся предметов и материалов. Если заряжаете внутри помещения, то старайтесь это делать поближе к окну или двери, в случае пожара вы легко сможете выкинуть аккумулятор наружу.

Лично я заряжаю аккумуляторы положив их «ящик для патронов«, не доверяйте простым защитным сумкам, они не остановят огонь.

Не оставляйте заряжающиеся аккумуляторы без присмотра

Никогда! Все пожары, вызванные возгоранием аккумулятора, начались с того, что владелец вышел из комнаты. Во время заряда регулярно проверяйте температуру аккумулятора, если он стал горячим или начал плохо пахнуть, сразу отключайте зарядник. В обычных условиях заряжающийся аккумулятор не будет горячим.

Виды заряда

  • Заряд с балансировкой (Balance charge). Зарядник оценивает напряжение каждой банки и может заряжать их по отдельности так, чтобы итоговое напряжение было у всех одинаковым. Это рекомендуемый и самый безопасный режим заряда литиевых аккумуляторов.
  • Быстрый заряд (Direct или Fast Charge) — заряд производится через основные силовые клеммы аккумулятора, зарядное устройство не следит за напряжением на банках. Обычно такой заряд идет быстрее, но в результате можно получить разное напряжение на банках, а итоговый заряд не достигнет 100%.
  • Режим хранения (Storage charge) — зарядник доводит напряжение на каждой банке до напряжения, при котором можно долго хранить аккумулятор, это примерно 3,8-3,85 Вольт на банку.
  • Разряд (Discharge) — полный разряд аккумулятора (обычно зарядники разряжают значительно дольше, чем заряжают).

Зачем балансировать?

Все банки в аккумуляторе немного отличаются друг от друга. После разряда, вы скорее всего заметите, что у них немного разное напряжение.

Если мы будем заряжать разбалансированный аккумулятор напрямую, без контроля напряжения каждой банки, то некоторый из них в конце заряда будут иметь напряжение ниже 4,2 В (не полный заряд), но, что еще хуже — другие могут иметь напряжение БОЛЬШЕ 4,2 В. Как я уже упоминал, напряжение Lipo не должно превышать 4,2 Вольта, иначе банка становится опасной. Помните, перезаряд — это очень опасно!

Большинство современных зарядных устройств позволяют заряжать с балансировкой, и автоматически следят за перенапряжением.

Выбор зарядного устройства для Lipo аккумулятора

Существует несколько критериев выбора зарядного устройства, вот статья на английском. В ней описываются параметры устройств, и показывается как выбрать подходящий ток заряда.

От переводчика: топ 5 лучших зарядников и обзоры нескольких зарядных устройств:

Безопасность

Неправильная эксплуатация литиевых аккумуляторов может привести к пожару. Пожалуйста внимательно прочтите эти правила прежде, чем начинать использовать Lipo.

  • Хватайте аккумулятор не за провода, а за сами банки, иначе можно выдрать провода в месте пайки (особенно легко вырвать провода к балансирному разъему, и ими же закоротить банки, прим. перев)
  • Не заряжайте аккумуляторы сразу после использования, дайте им время остыть
  • Рекомендуется заряжать током 1С или даже меньшим (подробнее про это в статье про выбор зарядного устройства, англ)
  • Никогда не используйте и не заряжайте поврежденные, вздутые аккумуляторы
  • Проверяйте параметры заряда — число ячеек (банок)
  • Не перезаряжайте аккумуляторы, обычно об этом заботится зарядник, но не плохо иногда проверять напряжение вольтметром
  • Не оставляйте аккумуляторы на солнце

Параллельная зарядка

Параллельная зарядка — это не самый безопасный способ заряда Lipo аккумуляторов, но, вероятно, самый быстрый для хоббийщиков. Этот способ позволяет заряжать сразу несколько аккумуляторов, вместо последовательного заряда по одному. Однако все это вы делаете на свой страх и риск.

Подробнее читайте в отдельной статье (англ).

Заряжаем аккумуляторы 1S

Заряд 1S аккумуляторов немного отличается от заряда больших аккумов. Вы скорее всего заряжаете несколько аккумуляторов 1S параллельно, используя плату для параллельной зарядки. Но я нашел хороший и более быстрый способ зарядки — самодельный кабель для сборки нескольких 1S аккумуляторов последовательно, для получения одного аккумулятора 3S, 4S или даже 6S.

Более подробно про такой кабель читайте на форуме (англ).

Советы по использованию Lipo аккумуляторов

Как измерять напряжение аккумулятора?

Во время полета можно измерять напряжение разными способами (англ).

balance-lead-lipo-battery-connector

Важно иметь возможность измерять напряжение на каждой банке по отдельности, оно должно быть примерно на одном уровне; для этого можно купить любой дешевый тестер аккумуляторов. Если на какой-то банке напряжение ниже, чем на остальных (это и есть разбалансировка), то возможно именно с этой банкой есть проблемы, поэтому обязательно отбалансируйте аккумулятор при следующем заряде.

Рабочая температура

LiPo аккумуляторы лучше всего работают при температуре 30 — 60 градусов по Цельсию.

Низкая температура сильно ухудшает характеристики аккумуляторов: уменьшается максимальный разрядный ток и емкость. Обычные характеристики полетов в зимний период времени: «уменьшилось полетное время», «нет мощи», «нет рывка», «большое падение напряжения».

Так что перед важным полетом, для улучшения характеристик, лучше подогреть аккумуляторы до 30-35 градусов (хотя бы просто положите их в карман) 🙂

Дискуссия на тему: влияния температуры на характеристики аккумулятора (англ).

Помимо низкой температуры, литиевые аккумуляторы не любят и высокую. При температуре 60 градусов и выше они начинают взбухать, и могут даже загореться.

Когда приземляться?

Самый часто задаваемый вопрос от новичков: «при каком напряжении аккумулятора лучше приземляться?». Я бы сказал при напряжении 3,5-3,6 Вольт. Литиевые аккумуляторы нельзя разряжать до 0, в них всегда должна оставаться какая-то энергия.

График ниже это объясняет. По мере разряда, напряжение на аккумуляторе падает не линейно (черная линия), оно резко падает в районе 3,5-3,6 вольт на банку. И если вы все еще не приземлились, риск переразряда аккумулятора сильно увеличивается.

Перезаряд аккумулятора вызовет необратимые изменения в аккумуляторе и сократит срок его службы.

lipo-battery-guide-voltage-vs-capacity-used-percentage

Как хранить литиевые аккумуляторы?

Если вы планируете довольно долго не использовать аккумуляторы (неделю или больше), то нужно:

  • перевести их в режим хранения, напряжение 3,8-3,85В на банку
  • убрать их в специальный защитный пакет
  • хранить при комнатной температуре

При напряжении 3,8-3,85 Вольт, емкость аккумулятора примерно составляет 40-50%, и это наиболее стабильное состояние аккумулятора. Вот почему все новые аккумуляторы приходят наполовину заряженными.

Долгое хранение полностью заряженных аккумуляторов не только не безопасно, но еще и ведет к их деградации. Если вы летаете каждые несколько дней, то это не проблема.

LiPo Safe Bag (огнестойкие пакеты для литиевых аккумуляторов)

Lipo safe bags — нужны всем! Их можно использовать как для хранения, так и для заряда аккумуляторов. Они специально разработаны для того, чтобы сдержать огонь при воспламенении аккумулятора.

Что делать с переразряженными аккумуляторами?

Если аккумулятор разряжен слишком сильно, в нем происходят необратимые изменения, которые сильно ухудшают его характеристики. Однако, если вы достаточно быстро сможете зарядить посаженный аккум, то скорее всего ничего страшного с ним не случится.

Частенько зарядники отказываются заряжать переразряженные аккумуляторы. Мой совет — выкинуть такие аккумуляторы. Однако есть несколько способов попытаться оживить их (англ), но их использование — на ваш страх и риск.

Путешествуем с LiPo

Большинство авиакомпаний и аэропортов разрешают проносить литиевые аккумуляторы в качестве ручной клади. Пара моментов, которые лучше учесть заранее:

  • проверьте правила перевоза Lipo аккумуляторов в выбранной авиакомпании
  • не сдавайте аккумуляторы в багаж
  • держите аккумы в режиме хранения
  • замотайте разъемы изолентой и храните их в огнестойких защитных пакетах
  • никогда не путешествуйте с поврежденными аккумуляторами!

Более подробно можно прочитать в статье на английском.

Что делать, если аккумулятор загорелся/задымился?

  • Не паниковать, отсоединить все разъемы
  • Наиболее эффективный и экономичный способ — закопать в песок
  • Просто ждите пока прогорит и остынет, старайтесь не дышать дымом
  • НЕ ИСПОЛЬЗУЙТЕ ВОДУ

Утилизация литиевых аккумуляторов

Когда утилизировать?

У литиевых аккумуляторов ограничено количество циклов эксплуатации, каждый раз, когда вы заряжаете и разряжаете аккумулятор он проходит один цикл. Постепенно аккумулятор теряет возможность выдавать большие токи (возрастает внутреннее сопротивление) и падает емкость. Говорят, что обычный LiPo аккумулятор живет более 300 циклов, если, конечно, за ним следить как следует (см. правила выше). Но в моем случае — будет чудо, если я его не разобью к тому времени 🙂

Нет четкого критерия, когда наступает пора утилизировать, но лично я избавляюсь от аккумулятора, когда он уже не дает «рывка» при даче газа, а внутреннее сопротивление постоянно растет (это хороший показатель здоровья аккумулятора).

Вздутые и поврежденные аккумуляторы я утилизирую сразу же.

Вот статья, в которой я подробно рассказываю когда их стоит утилизировать (англ).

Как утилизировать?

Старые и поврежденные аккумуляторы нужно правильно утилизировать. Более подробно читайте в статье про утилизацию. Подчеркну: никогда не прокалывайте аккумуляторы! От этого они загораются!

FAQ

Опасны ли вздувшиеся аккумуляторы?

Да, их использование небезопасно.

Почему они вздуваются?

Потому что банки герметично закрыты и газу некуда выйти. Как правило они вздуваются при физическом повреждении и при неправильной эксплуатации, что вызывает повышенное выделение газа.

Можно ли сдуть вздувшиеся аккумуляторы?

Нет, это необратимый процесс. Лучше правильно их утилизировать.

Как избежать вздутия?

  • Не переразряжайте — используйте вольтметры, сирены и прочите предупреждающие системы
  • Не перегревайте, не оставляйте их на солнце, или рядом с источником тепла
  • Никогда не перезаряжайте — правильно настройте зарядник, следите за аккумуляторами в процессе заряда
  • Храните правильно, как описано выше

Нужно ли «раскачивать» аккумуляторы?

Раскачка аккумуляторов — спорная тема. Идея в том, что для новых аккумуляторов нужно провести несколько циклов медленного заряда и разряда, прежде чем полноценно использовать их. Лично я пробовал так поступать, но не заметил разницы.

Прочие термины, относящиеся к литиевым аккумуляторам

  • напряжение отсечки (cut-off voltage) или напряжение полностью разряженного аккумулятора — 3,0 В
  • Один цикл — это заряд и разряд аккумулятора. Время жизни аккумулятора определяется числом допустимых циклов заряд/разряд
  • Уровень заряда или в англ. state of charge — оставшаяся энергия, от 0 до 100%
  • Burst C-rating — пиковый C-рейтинг — определяет максимальный разрядный ток на короткий промежуток времени (порядка 10 секунд)

Подведем итоги

Надеюсь, в этой статье вы нашли что-то полезное. Однако, я не утверждаю, что это всё что вам нужно знать. Вперед, к новым знаниям!

История измерений

  • Февраль 2017 — первая версия статьи
  • Август 2017 — добавлен раздел про выбор аккумуляторов
  • Сентябрь 2018 — добавлен раздел про безопасность аккумуляторов
  • Май 2019 — обновлены разделы про число банок, внутреннее сопротивление и «как заряжать»

Литий-полимерный аккумулятор — Википедия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 20 января 2018; проверки требуют 27 правок. Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 20 января 2018; проверки требуют 27 правок. Литий-полимерный аккумулятор в герметичном мягком корпусе из металлизированной полимерной плёнки с контроллером. У аккумуляторов в мягкой оболочке прямоугольной формы в маркировке указываются габариты в виде 6-8 значной цифры: первые 2 цифры — толщина в десятых долях мм (в мм если первая цифра = 0), вторые 2 цифры (3 цифры при 8 значной маркировке) — ширина в мм, последние 2 цифры (3 цифры при 7-8 значной маркировке) — длина в мм (на фото: 063450 — 6 × 34 × 50 мм. Литий-полимерный аккумулятор сотового телефона в алюминиевом корпусе с контроллером Литий-полимерные аккумуляторы в корпусе из полимерной плёнки разной формы без контроллеров

Литий-полимерный аккумулятор (литий-ионный полимерный аккумулятор (lithium-ion polymer battery); аббревиатуры: Li-pol, Li-polymer, LIP, Li-poly и т. д.) — это усовершенствованная конструкция литий-ионного аккумулятора. В качестве электролита используется полимерный материал.[1] Используется в мобильных телефонах, цифровой технике, радиоуправляемых моделях и пр.

Обычные бытовые литий-полимерные аккумуляторы не способны отдавать большой ток, но существуют специальные силовые литий-полимерные аккумуляторы, способные отдавать ток, в 10 и даже 130[2] раз превышающий численное значение ёмкости в ампер-часах. Они широко применяются как аккумуляторы для радиоуправляемых моделей, а также в портативном электроинструменте и в некоторых современных электромобилях.

  • Большая плотность энергии на единицу массы;
  • Низкий саморазряд;
  • Толщина элементов от 1 мм;
  • Возможность получать очень гибкие формы;
  • Слабо выраженный эффект памяти;
  • Незначительный перепад напряжения по мере разряда.
  • Диапазон рабочих температур литий-полимерных аккумуляторов довольно широкий: от −20 до +40 °C по данным производителей.

Аккумуляторы пожароопасны при перезаряде и/или перегреве. Для борьбы с этим явлением все бытовые аккумуляторы снабжаются встроенной электронной схемой, которая предотвращает перезаряд и перегрев вследствие слишком интенсивного заряда. По этой же причине требуют специальных алгоритмов зарядки (зарядных устройств).

Количество рабочих циклов 800—900, при разрядных токах в до потери ёмкости в 20 % (для сравнения: NiCd — 1000 циклов, NiMH — 600, LSD NiMH — 1500, LiFePO4 — 2000).[3]

Старение[править | править код]

Вздувшийся литий-полимерный аккумулятор в мягкой оболочке

Под воздействием заряда литий-полимерные и литий-ионные аккумуляторы снижают ёмкость в зависимости от температурного режима.

Глубокий разряд полностью выводит из строя литий-полимерный аккумулятор. Оптимальные условия хранения Li-pol аккумуляторов достигаются при 40%-м заряде от ёмкости аккумулятора. Литиевые аккумуляторы стареют, даже если не используются. На 2009 год бытовало мнение, что через 2 года батарея теряет около 20 % ёмкости[3]. Соответственно, нет необходимости покупать аккумулятор «про запас» или чрезмерно увлекаться «экономией» его ресурса. При покупке рекомендуется посмотреть на дату производства, чтобы знать, сколько данный источник питания уже пролежал на складе.

  • ГОСТ 15596-82 Источники тока химические. Термины и определения.

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о