Все про LiPo акумулятори: зарядка, експлуатація, зберігання

На даний момент літій-полімерні акумулятори (Li-Po) використовуються повсюдно (у тому числі й моделістами) так як вони:

• вони здатні віддавати дуже великі струми в порівнянні з іншими типами акумулятором (у десятки разів вище, ніж, наприклад, нікель-метал-гідридні, такі, як Ni-Cd або Ni-Mh);
• відсутній ефект «пам'яті» акумулятора, можливе тривале зберігання - за рік зберігання вони втрачають не більше 10% ємності;
• дозволяють здійснити велику кількість циклів заряду-розряду без суттєвої втрати ємності;
• володіють досить непоганим співвідношенням маса / ємність / струмовіддача;

Це робить їх незамінними у ряді випадків.

До недоліків слід віднести:

• цей тип акумуляторів дуже легко пошкодити (деформувати або проколоти), що призводить до займання;
• при експлуатації на холоді може раптово "просісти" напругу - треба дуже уважно за цим стежити;
• щодо висока вартість.

Загальні поняття

1. Розглянемо маркування Li-Po акумуляторів:

Отже, перше, що варто звернути увагу, це напис 3S1P 11,1В (цифра 1).

Це означає, що в цьому акумуляторі 3 комірки послідовно підключені.
Якщо позначення 3S2P, це означає дві групи по 3, послідовно підключених, комірки, підключені паралельно. Звучить якось складно, але це негаразд.

Пояснення на зображенні нижче:

Напруга одного осередку («банки») умовно приймається як 3,7В, звідси напруга «трьохбанкового» акумулятора – 11,1В. Насправді напруга повністю зарядженого осередку 4,2В, тобто акумулятор (акб) 3S, повністю заряджений, має напругу 12,6В.

Мінімальна напруга на комірці, нижче за яку розряджати акумулятор не можна – 2,8В. Насправді краще не опускати напругу нижче 3,3В на комірку, оскільки далі починаються процеси відкладення солей, що веде до незворотної деградації акумулятора.

Якщо йде використання акб на борту коптера, нижче, ніж 3,5В на банку опускати не варто, а в холодну пору року не нижче 3,7В. З'ясовано експериментально, у процесі жодного коптера не постраждав.

2. Отже, їдемо далі. Струмовіддача (цифра 2):

Як вважається струмовіддача: ми множимо число C на ємність в Ah. У нашому випадку 25С * 2,2Ah (2200mAh переводимо в Ah). Отримуємо 25С*2,2Ah=55A, тобто акумулятор здатний віддавати 55 Ампер тривалий час. Реально рекомендується брати хоча б 20% запас струму, тобто цей акб використовувати з навантаженням, що споживає не більше 44А в довготривалому режимі. Деякі виробники, крім основної струмовіддачі, вказують пікове значення «C», яке здатне витримати акумулятор.

3. Ну і третій параметр – це ємність. Вимірюється в міліампер годинник або ампер годинник (у нашому випадку ємність акб 2200 міліампер годинника або 2,2 ампер години). Тобто це означає, що при підключенні навантаження, що споживає 2,2А, акб повністю розрядиться за 1 годину.

Заряджання Li-Po акумуляторів

Для заряджання Li-Po акумуляторів рекомендується використовувати спеціалізовані зарядні пристрої, наприклад:

Варіант простіше (уміє заряджати з балансуванням лише 2S та 3S акумулятори, невеликими струмами та тільки Li-Po):

IMaxRC IMax B3 Pro

Варіант крутіший (уміє заряджати з балансуванням акумулятори 2S-6S, плюс Ni-Cd, Ni-Mh акб):

IMax B6

Якщо виробник не дає на цю тему спеціальних рекомендацій, акумулятори рекомендується заряджати струмом, що не перевищує 1C. У нашому випадку, це 2,2Ah*1C=2,2A, тобто цей акумулятор рекомендується заряджати струмом не більше 2,2 Ампер. Знову ж таки, насправді, чим менше зарядні та розрядні струми, тим довше буде жити акумулятор.

Вказівки щодо зарядного пристрою можна прочитати про заряджання з балансуванням. Рекомендується завжди заряджати акумулятор тільки так, це виключає варіант розбалансування осередків (загальна напруга на нашому акб може бути 12,6В, але при цьому на першій банку буде 4В, на другій 4,2В, а на третій 4,4В). При перезаряді навіть одного осередку акумулятор може спалахнути і навіть вибухнути, саме тому і рекомендується ЗАВЖДИ проводити зарядку з балансуванням.

Заряджання Li-Po акумуляторів слід проводити лише під наглядом та в ємності, яка не горить! Найкращий варіант – використання спеціальних вогнетривких пакетів і кейсів для зберігання та заряджання акумуляторів:

Lipo Battery Safety Bag

Крім того, якщо акумулятор тільки після польоту або іншого інтенсивного навантаження, йому потрібно дати охолонути!

Розряджання / зберігання Li-Po акумуляторів

Як порахувати максимальний струм, яким можна розряджати акумулятор, ми вже обговорили.

Тепер підуть загальні рекомендації з експлуатації акб, особливо на коптерах (бо там зазвичай дуже великі струми):

• Перед польотом потрібно перевірити не тільки загальну напругу на акб, але і напругу на кожній банку (щоб уникнути розбалансування), зробити це можна мультиметром або, що зручніше, спец девайсом типу цих:

• Якщо політ проходить в холодну пору року (особливо за негативних температур), акумулятор потрібно ставити теплим (наприклад, підігріти його в машині)
• У холодну пору року не слід розряджати акб менш ніж до 3,7 на комірку
• Якщо в польоті акумулятор нагрівся, не слід заряджати відразу після польоту, потрібно дати йому повністю охолонути і тільки потім ставити на зарядку
• Якщо планується довгий час не експлуатувати акб, зберігати його потрібно в напівзарядженому стані (напруга близько 3,7-3,8 на комірку), це так званий режим зберігання. Зарядні пристрої (приклади були вищими) вміють вводити акб в режим зберігання, так званий «STORAGE»

Як заряджати літієвий акумулятор

На даний момент, залежно від сфери застосування, найбільш популярними є два види акумуляторних батарей: літієві та свинцево-кислотні. Свинцеві акумулятори поступово втрачають популярність, тому що не відрізняються високою щільністю енергії та тривалим ресурсом. Якщо потрібно максимально компактне джерело живлення, вибір завжди падає саме на літієві АКБ.

Як і у випадку зі свинцево-кислотними аналогами, акумуляторні літієві батареї діляться на безліч типів. Найбільш поширеними є літій-іонні (Li-ion) та літій-полімерні (Li-pol). Саме вони використовуються у мобільних гаджетах і навіть у електрокарах. Наприклад, у Tesla model S встановлено понад 7 тисяч літій-іонних акумуляторів Panasonic Li-ion NCR18650B.

Більшість техніки, де використовуються літієві акумулятори, мають вбудовані механізми заряджання, тому користувачеві потрібно лише підключитися до електромережі. В інших випадках заряд потрібно здійснювати самостійно. Щоб акумулятор служив довго, його потрібно правильно заряджати.

Як заряджати літієвий акумулятор, щоб не зашкодити йому? Незважаючи на очевидність, спробуємо розібратися, чим заряджати літієвий акумулятор можна, а чим не можна.

Що треба знати про акумулятор

Процес заряду завжди залежить від того, який акумулятор заряджається. Не можна однаковим режимом поповнювати заряд різних за характеристиками та типами моделей.

Якщо узагальнити, то приблизно підібрати правильний режим заряду можна за наявності даних про тип акумулятора, його ємність та напругу.

• Тип АКБ. Чому важливо знати тип? Достатньо порівняти номінальну напругу літій-титанатного та літій-іонного акумулятора. 2,4В та 3,7В відповідно. Неважко здогадатися, до яких наслідків може призвести заряд літій-титанатної батареї абстрактним зарядним пристроєм для літієвого акумулятора, який призначений саме для Li-ion.
• Місткість АКБ. Даний параметр акумулятора, що заряджається, важливий через те, що струм, як правило, підбирається у відсотковому співвідношенні до номінальної ємності. Літій-іонні акумулятори, наприклад, не рекомендується заряджати струмом вище, ніж 0,5С-1С (струм, що дорівнює 50% і 100% відповідно по відношенню до ємності в ампер-годинниках). Цей показник може значно змінюватись від моделі до моделі. Яскравий приклад - літій-титанатні АКБ, деякі моделі яких дозволяють зарядку струмами, що в сотні разів перевищують номінальну ємність.
• Напруга АКБ. Тип літієвого акумулятора говорить лише про напругу одного осередку або окремого елемента живлення, що складається з одного осередку. Тим не менш, для вибору зарядного пристрою або відповідного режиму на вже наявному ЗУ, треба знати сумарну напругу всього ланцюга, оскільки воно може бути нарощене багаторазово шляхом послідовного з'єднання осередків.У вже готових акумуляторах на основі безлічі осередків напруга завжди вказана у маркуванні.

Як зарядити АКБ

Нерідко користувачі цікавляться мережею, як заряджати літієвий акумулятор мотоцикла. Враховуючи, що літієвий АКБ для мотоцикла - це пристрій фабричний, а не саморобний, вся важлива інформація, у тому числі й струм заряду, зазвичай розміщена на бирці. Інша справа - це коли є елемент живлення, зібраний з одного або безлічі осередків, у тому числі зі згаданих акумуляторів panasonic.

Важливо враховувати наявність в акумуляторі або схемі захисту у вигляді BMS. BMS - це контролер, який виконує одразу безліч функцій. Він може захищати елементи живлення від небезпечних значень напруги та струму, балансувати елементи на останніх стадіях заряду, а також здійснювати регулювання напруги, що подається. Заряджання літій-іонних акумуляторів безпосередньо може становити небезпеку для АКБ, особливо якщо використовується кустарне ЗУ. Застосовувати кустарні пристрої як на основі трансформатора з діодним мостом, так і на основі перероблених комп'ютерних блоків живлення не рекомендується навіть для свинцево-кислотних АКБ.

Якщо з якоїсь причини в літієвому акумуляторі немає BMS, на ЗУ потрібно виставити напругу, яка є максимальною для даного типу батарей. Наприклад, літій-іонні АКБ при повному заряді видають 4,2 на одну осередок, а LiFePO4 - 3,65. Якщо струм при цьому перевищує 0,5С, рекомендується його обмежити. Якщо ЗУ не дозволяє регулювати струм, знизити його можна шляхом зниження вихідної напруги. Як тільки його буде досягнуто, його можна підняти до кінцевого показника, що відповідає повному заряду акумулятора.

У випадку з літієвими акумуляторами, обладнаними BMS (на щастя, таких більшість), все набагато простіше. Контролер просто не допустить подання небезпечних номіналів струму та напруги. Єдиний виняток – це коли користувач самостійно припаює BMS до свого збирання батарей. У такому випадку не можна гарантувати, що контролер налаштований правильно відповідно до вимог, які пред'являються конкретним блоком акумуляторів. В принципі, якщо користувач робить складання АКБ і самостійно припаює контролер - мабуть, він знає, що робить.

Як би там не було, найкращим способом безпечно і на 100% зарядити акумуляторну батарею будь-якого типу – це використовувати розумний зарядний пристрій, який працює в автоматичному режимі. Такий пристрій не просто видає постійний струм із певним номіналом напруги, а змінює режим заряду залежно від стадії. Також важливою перевагою є численні параметри, що налаштовуються, що дозволяють використовувати один і той же прилад з абсолютно різними збірками акумуляторів.

До вибору зарядного пристрою слід ставитися максимально серйозно, оскільки багато в чому від якості заряду залежить термін служби акумулятора. І якщо акумулятор складається з безлічі осередків із високою сумарною вартістю, то навіть невелике збільшення терміну служби заощаджує помітну суму.

Як правильно заряджати Li Po акумулятори?

На даний момент оптимальним та, в принципі, стандартним рішенням для автономної роботи електроніки є літієві акумулятори. Вони діляться різні типи, які можуть радикально відрізнятися своїми техніко-експлуатаційними характеристиками. Серед них практично промисловим стандартом стали літій-іонні АКБ (Li-Ion).Це пов'язано з вигідним поєднанням вартості виробництва, терміну служби та вихідних характеристик, які хоч і не найкращі на ринку, але збалансовані.

Тип Li-Ion був придуманий давно і зазнав значних змін з погляду матеріалів на аноді та катоді. Однак з початку нульових розвивався інший літієвий підхід - Li-Po (літій-полімерні акумуляторні батареї, що часто позначаються Li-Pol, Li-Ion polymer і так далі).

Ми розглянемо особливості полімерних батарей, їх відмінності від стандартних літій-іонних, а також подумаємо, як правильно заряджати акумулятори Li-Po.

Особливості літій-полімерних акумуляторних батарей

Для пояснення відмінності Li-Po від Li-Ion спочатку розглянемо будову стандартного літій-іонного акумулятора.

Літій-іонний акумулятор складається з мідної та алюмінієвої фольги з нанесеним анодним та катодним матеріалом. Між листами фольги розташований сепаратор із електролітом. Батарея віддає електроенергію завдяки тому, що електроліт не пропускає електрони, лише позитивно заряджені іони. Тому при підключенні навантаження іони літію проходять через сепаратор, а електрони змушені "наздоганяти" їх через зовнішній ланцюг. І ось цей рух заряджених частинок, електронів і є електроенергія.

Літій-іонні акумулятори не відрізняються стабільністю. Їх можна навіть назвати вогненебезпечними. Особливо з часом, коли внаслідок деградації електроліту з природних причин (старіння) та через неправильну експлуатацію підвищується ризик замикання анода з катодом та подальшого займання.

Літій-полімерні акумулятори працюють за тим же принципом з однією важливою відмінністю. Акумуляторні батареї типу Li-Po як сепаратор використовують полімерну плівку. Які переваги це надає?

• Значно вищий рівень безпеки. Можливість замикання анода з катодом зводиться до нуля;
• Різноманітність форм та розмірів. Літій-полімерні акумулятори не скуті стандартними типорозмірами і можуть мати різноманітну форму;
• Li-Po батареї можуть мати дуже компактні розміри і особливо товщину.
• Вища енергоємність У порівнянні з Li-Ion полімерні акумулятори мають більшу ємність на одиницю об'єму.

Як бачите, достоїнства полімерних акумуляторів досить явні.

Як правильно заряджати літій-полімерні акумулятори

Вище ми говорили про те, що Li-Ion акумулятор може обіцяти проблеми як з віком, так і у випадку з неправильною експлуатацією. .

Не можна перезаряджати акумулятор, так і допускати його глибокий розряд. експлуатувати. АКБ все ще здатна працювати, але ризик її займання багаторазово зростає.

Що робити, щоб не допустити перезаряд АКБ? Очевидно, використовувати якісний зарядний пристрій.На відміну від свинцево-кислотних акумуляторів, для заряду яких з горем навпіл, але допустимо використовувати навіть кустарний блок живлення при постійному контролі, літій-полімерні АКБ потрібно заряджати тільки якісним приладом. Дані батареї дуже чутливі до перезарядження.

Винятком, коли якісним ЗП частково можна (але небажано) знехтувати, є акумулятори з BMS-контролером. Саме тому ті ж смартфони можна тримати на зарядці як завгодно довго - вбудований контролер живлення зупиняє процес заряду відразу після насичення акумулятора, а вбудований захист дозволяє обмежувати як вхідний, так і вихідний струм.

Особливу увагу наявності контролера слід приділяти у разі заряду збирання літій-полімерних акумуляторів. Навіть якщо батареї у збірці випущені в одній партії, згодом з'являтиметься різниця в рівні заряду кожного осередку (комірка – один літієвий елемент на 3,7В). Чому це проблема? Розглянемо з прикладу послідовної ланцюга з двох літієвих осередків. Напруга зарядженого осередку становить 4,2В, отже ланцюг заряджатимемо напругою 8,4В. Спочатку обидва акумулятори заряджатимуться до 4,2В, однак у міру появи різниці в заряді через природні причини виникатиме перекіс. Наприклад, акумулятори зарядяться на 4 і 4,4В відповідно. Таким чином, один із акумуляторів ланцюга регулярно буде перезаряджатися. Наслідки цього є очевидними.

Щоб уникнути ситуації з перекосом під час заряду складання, слід використовувати зрівнювач заряду. В ідеалі Вам потрібен контролер BMS з балансувальними каналами. Завдяки такому контролеру кожен цикл заряду закінчуватиметься балансуванням осередків, і кожен із акумуляторів складання буде заряджений правильно.

Також іноді виникає питання, чи потрібно заряджати літій-іонні та літій-полімерні АКБ різними зарядними пристроями. Відповідь – ні. Дані типи АКБ повністю взаємозамінні як споживача, так зарядного устройства.