Литий полимерный аккумулятор как правильно заряжать
Перейти к содержимому

Литий полимерный аккумулятор как правильно заряжать

  • автор:

Все про LiPo аккумуляторы: зарядка, эксплуатация, хранение

В настоящий момент литий-полимерные аккумуляторы (Li-Po) используются повсеместно (в том числе и моделистами) так как они:

  • они способны отдавать очень большие токи по сравнению с другими типами аккумулятором (в десятки раз выше чем, например, никель-металл-гидридные, такие, как Ni-Cd или Ni-Mh);
  • отсутствует эффект «памяти» аккумулятора, возможно длительное хранение — за год хранения они теряют не более 10% емкости;
  • позволяют осуществить большое количество циклов заряда-разряда без существенной потери емкости;
  • обладают достаточно неплохим соотношением масса/емкость/токоотдача;

Это делает их незаменимыми в ряде случаев.

К недостаткам следует отнести:

  • этот тип аккумуляторов очень легко повредить (деформировать или проколоть), что ведет к возгоранию;
  • при эксплуатации на холоде может внезапно “просесть” напряжение — нужно очень внимательно за этим следить;
  • относительно высокая стоимость.

Общие понятия

1. Рассмотрим маркировку Li-Po аккумуляторов:

Итак, первое, на что стоит обратить внимание, это надпись 3S1P 11,1В (цифра 1).

Это означает, что в этом аккумуляторе 3 ячейки подключены последовательно.
Если обозначение 3S2P, это означает две группы по 3, подключенных последовательно, ячейки, подключенные параллельно. Звучит как-то сложно, но это не так.

Пояснение на картинке ниже:

Напряжение одной ячейки («банки») условно принимается как 3,7В, отсюда напряжение «трехбаночного» аккумулятора – 11,1В. На самом деле напряжение полностью заряженной ячейки 4,2В, то есть аккумулятор (акб) 3S, полностью заряженный, имеет напряжение 12,6В.

Минимальное напряжение на ячейке, ниже которого разряжать аккумулятор нельзя – 2,8В. На самом деле, лучше не опускать напряжение ниже 3,3В на ячейку, поскольку дальше начинаются процессы отложения солей, что ведет к необратимой деградации аккумулятора.

В случае, если идет использование акб на борту коптера, ниже, чем 3,5В на банку опускать не стоит, а в холодное время года не ниже 3,7В. Выяснено экспериментально, в процессе ни один коптер не пострадал.

2. Итак, едем дальше. Токоотдача (цифра 2):

Как считается токоотдача: мы умножаем число «C» на емкость в Ah. В нашем случае 25С*2,2Ah (2200mAh переводим в Ah). Получаем 25С*2,2Ah=55A, то есть это аккумулятор способен отдавать 55 Ампер продолжительное время. Реально рекомендуется брать хотя бы 20% запас по току, то есть этот акб использовать с нагрузкой, потребляющей не более 44А в долговременном режиме. Некоторые производители кроме основной токоотдачи указывают пиковое значение «C», которое способен выдержать аккумулятор.

3. Ну и третий параметр — это емкость. Измеряется в миллиампер часах или ампер часах (в нашем случае емкость акб 2200 миллиампер часов или 2,2 ампер часа). Другими словами это означает, что при подключении нагрузки, потребляющей 2,2А, акб полностью разрядится за 1 час.

Зарядка Li-Po аккумуляторов

Для зарядки Li-Po аккумуляторов рекомендуется использовать специализированные зарядные устройства, например такие:

Вариант попроще (умеет заряжать с балансировкой только 2S и 3S аккумуляторы, небольшими токами и только Li-Po):

IMaxRC IMax B3 Pro

Вариант покруче (умеет заряжать с балансировкой аккумуляторы 2S-6S, плюс Ni-Cd, Ni-Mh акб):

IMax B6

Если производитель не дает на эту тему спец рекомендаций, аккумуляторы рекомендуется заряжать током, не превышающим 1C. В нашем случае, это 2,2Ah*1C=2,2A, то есть этот аккум рекомендуется заряжать током не более 2,2 Ампер. Опять же, в реальности, чем меньше зарядные и разрядные токи, тем дольше будет жить аккумулятор.

В инструкции к зарядному устройству можно прочитать о зарядке с балансировкой. Рекомендуется всегда заряжать аккумулятор только так, это исключает вариант разбалансировки ячеек (общее напряжение на нашем акб может быть 12,6В, но, при этом, на первой банке будет 4В, на второй 4,2В, а на третьей 4,4В). При перезаряде даже одной ячейки аккумулятор может загореться и даже взорваться, именно поэтому и рекомендуется ВСЕГДА проводить зарядку с балансировкой.

Зарядку Li-Po аккумуляторов следует производить только под присмотром и в емкости, которая не горит! Самый лучший вариант – использование специальгых несгораемых пакетов и кейсов для хранения и зарядки аккумуляторов:

Lipo Battery Safety Bag

Кроме того, если аккумулятор только после полета или другой интенсивной нагрузки – ему нужно дать остыть!

Разрядка /хранение Li-Po аккумуляторов

Как посчитать максимальный ток, которым можно разряжать аккумулятор, мы уже обсудили.

Теперь пойдут общие рекомендации по эксплуатации акб, особенно на коптерах (т.к. там обычно очень большие токи):

  • Перед полетом нужно проверить не только общее напряжение на акб, но и напряжение на каждой банке (во избежание разбалансировки), сделать это можно мультиметром или, что более удобно, спец девайсом типа этих:

  • Если полет проходит в холодное время года (особенно при отрицательных температурах), аккумулятор нужно ставить теплым (например, подогреть его в машине)
  • В холодное время года не следует разряжать акб менее чем до 3,7В на ячейку
  • Если в полете аккумулятор нагрелся, не следует его заряжать сразу после полета, нужно дать ему полностью остыть и только потом ставить на зарядку
  • В случае если планируется долгое время не эксплуатировать акб, хранить его нужно в полузаряженном состоянии (напряжение около 3,7-3,8В на ячейку), это так называемый режим хранения. Зарядные устройства (примеры были выше) умеют вводить акб в режим хранения, так называемый «STORAGE»

Инструкция по эксплуатации литий-полимерных (LiPo) аккумуляторов

Внимание! Данный тип аккумулятора необходимо заряжать только специальным зарядным устройством в режиме балансировки (balance), где контролируется и балансируется напряжение на каждой секции. Простой тип зарядки (charge) может повредить аккумулятор, так как происходит зарядка без балансировки.

Ток заряда не должен превышать рейтинг 1C, так например, если у вас батарея емкостью в 1800mAh (1.8Ah), ток зарядки должен составлять 1.8 Ампер, соответственно если 4200mAh (4.2Ah), ток может составлять 4.2 Ампера. В отдельных случаях и моделях LiPo аккумуляторов допустимо повышение рейтинга до 3С-5С для срочной зарядки, но для долгой жизни аккумулятора все же рекомендуется заряжать током равным 1С.

В заряженном состоянии на каждой ячейке должно быть напряжение 4.2 Вольт.

Разрядка

Внимание! Не разряжайте аккумуляторы ниже 3 Вольт на одну ячейку, это безвозвратно повредит его. Используйте различные сигнализаторы разряда.

Внимание! Не разряжайте (discharge) литий-полимерные аккумуляторы с помощью IMAX B6 (и других подобных зарядок), это может вывести из строя ваш аккумулятор, так как данное устройство разряжает батарею без балансировки напряжения на каждой ячейке.

Допустимый ток разряда обычно указывается на аккумуляторах как discharge rate. Например, если рейтинг разряда составляет 40C, а емкость 1800mAh (1.8Ah), то заявленный допустимый ток разряда будет 72 Ампера (40C*1,8Ah).

Данный тип аккумуляторов не имеет эффекта памяти, поэтому циклически разряжать и потом заряжать нет необходимости.

Хранение

Аккумулятор не следует оставлять на долгое время разряженным или полностью заряженным (более недели). Если знаете что некоторое время не будете использовать аккумулятор, следует перевести его в режим хранения (storage) с помощью зарядного устройства, это существенно продлит срок службы вашего аккумулятора и сохранит емкость.

В режиме хранения на каждой ячейке должно быть напряжение 3.8-3.85 Вольт.

Храните аккумуляторы вдали от тепловых источников, данные аккумуляторы легко воспламеняются.

Так же избегайте деформации и повреждений аккумулятора, это может привезти к возгоранию.

Внимание! Все операции по зарядке и разрядке литий-полимерных аккумуляторов необходимо проводить только под присмотром.

Как зарядить новый литий-полимерный аккумулятор

Литий-полимерные аккумуляторы отличаются высокой плотностью энергии – они позволяют получить большой запас емкости при минимальном весе и размерах. Поэтому чаще всего такие накопители энергии используются для оснащения квадрокоптеров, радиоуправляемых вертолетов, самолетов и других непилотируемых летающих устройств.

Основными преимуществами аккумуляторов типа LiPo являются:

  1. высокая удельная емкость;
  2. малый саморазряд;
  3. толщина от 1 мм;
  4. возможность получения гибких форм.

Ресурс Li-Pol элементов составляет порядка 500 циклов заряд-разряд. Чтобы продлить срок службы аккумуляторов, нужно соблюдать правила их эксплуатации.

Правила зарядки Li-Pol аккумуляторов

Заряжать LiPo аккумуляторы нужно специальным зарядным устройством (можно универсальным «умным»), обеспечивающим 2-фазный процесс подзарядки по методу CC-CV. Уровень заряда восполняется в 2 этапа:

  1. С постоянным током величиной 0,5С–1С и ростом напряжения до значения 4,2 В. Уровень заряда к этому моменту достигает 95%.
  2. С постоянным напряжением и снижением тока – для недопущения перезаряда.

Заряжать литий-полимерные элементы нужно, не дожидаясь их полной разрядки, – при уровне заряда 10–20% или выше. Это правило актуально и для батарей типа Li-ion. Если постоянно по максимуму разряжать литиевый аккумулятор, это негативно отразится на его ресурсе. Напряжение на каждой ячейке аккумуляторной батареи не должно падать ниже 3 В, иначе накопитель энергии может вздуться и необратимо потерять более половины емкости. В таком случае АКБ придется утилизировать.

Использование балансира в LiPo батареях

В аккумуляторных батареях все ячейки должны иметь одинаковый уровень заряда. При большом разбросе значений одни ячейки недозаряжаются, другие – перезаряжаются. Из-за этого возрастает риск вздутия батареи, ее выхода из строя и самовозгорания. Чтобы не допустить таких последствий, нужно заряжать LiPo батареи с применением балансира, отслеживающего напряжение на каждом элементе, или использовать зарядное устройство со встроенным балансиром.

Особенности первой зарядки

Несмотря на распространенное мнение, литий-полимерные и литий-ионные аккумуляторы не нужно разряжать «в ноль» перед зарядкой. Это касается и первой зарядки, и всех последующих. Литиевые элементы питания, в отличие от никель-кадмиевых и никель-металлгидридных аналогов, не имеют эффекта памяти. Это значит, что их можно и нужно заряжать, не дожидаясь полностью разряженного состояния.

Но многие производители и технические специалисты при ответе на вопрос, как заряжать новый литий-полимерный аккумулятор, рекомендуют вначале выполнить его «раскачку» или «калибровку». Ее суть заключается в полном разряде и последующем заряде АКБ. Такую «раскачку» рекомендуется делать 2–4 раза в начале эксплуатации батареи и далее с периодичностью раз в полгода с целью максимального использования емкости. В остальное время заряжать литиевые элементы питания можно при любом уровне остаточного заряда.

Опасные ситуации, и как их избежать

Главными факторами риска при использовании Li-Pol элементов выступают:

  • перезаряд до напряжения выше 4,2 В на ячейку;
  • нагрев выше 60 °С;
  • разрядные токи выше нагрузочной способности элементов;
  • глубокий разряд до напряжения ниже 3 В на элемент;
  • хранение в разряженном состоянии;
  • разгерметизация – попадание внутрь элемента воздуха из-за механического повреждения, перегрева или по другой причине.

Эти нарушения приводят к падению доступной емкости и могут спровоцировать самовозгорание элементов. Поэтому использовать современные аккумуляторы на основе лития нужно корректно, с учетом рекомендаций производителей.

Во избежание пожара важно применять подходящее зарядное устройство и правильно выставлять на нем количество заряжаемых ячеек. Также нужно проверять, не перегревается ли батарея при зарядке, и вовремя заряжать севшие элементы.

Как правильно заряжать Li Po аккумуляторы?

На данный момент оптимальным и, в принципе, стандартным решением для автономной работы электроники являются литиевые аккумуляторы. Они делятся на различные типы, которые могут радикально отличаться своими технико-эксплуатационными характеристиками. Среди них практически промышленным стандартом стали литий-ионные АКБ (Li-Ion). Это связано с выгодным сочетанием стоимости производства, срока службы и выходных характеристик, которые хоть и не лучшие на рынке, но сбалансированные.

Тип Li-Ion был придуман давно и претерпел значительные изменения с точки зрения материалов на аноде и катоде. Однако с начала нулевых развивался другой литиевый подход — Li-Po (литий-полимерные аккумуляторные батареи, часто обозначаются Li-Pol, Li-Ion polymer и так далее).

Мы рассмотрим особенности полимерных батарей, их отличия от стандартных литий-ионных, а также подумаем, как правильно заряжать Li-Po аккумуляторы.

Особенности литий-полимерных аккумуляторных батарей

Для объяснения отличия Li-Po от Li-Ion сперва вкратце рассмотрим строение стандартного литий-ионного аккумулятора.

Литий-ионный аккумулятор состоит из медной и алюминиевой фольги с нанесенным анодным и катодным материалом. Между листами фольги расположен сепаратор с электролитом. Батарея отдает электроэнергию благодаря тому, что электролит не пропускает электроны, только положительно заряженные ионы. Поэтому при подключении нагрузки ионы лития проходят через сепаратор, а электроны вынуждены “догонять” их через внешнюю цепь. И вот это движение заряженных частиц, электронов, и есть электроэнергия.

Литий-ионные аккумуляторы стабильностью не отличаются. Их можно даже назвать огнеопасными. Особенно со временем, когда в результате деградации электролита по естественным причинам (старение) и из-за неправильной эксплуатации повышается риск замыкания анода с катодом и последующего возгорания.

Литий-полимерные аккумуляторы работают по тому же принципу с одним важным отличием. Аккумуляторные батареи типа Li-Po в качестве сепаратора используют полимерную пленку. Какие преимущества это дает?

  • Значительно более высокий уровень безопасности. Вероятность замыкания анода с катодом сводится к нулю;
  • Разнообразие форм и размеров. Литий-полимерные аккумуляторы не скованы стандартными типоразмерами и могут иметь самую разнообразную форму;
  • Li-Po батареи могут иметь очень компактные размеры и особенно толщину. Ярким примером реализации данного преимущества являются беспроводные наушники, в которых используются супермаленькие аккумуляторы емкостью менее 100 мАч;
  • Более высокая энергоемкость. В сравнении с Li-Ion полимерные аккумуляторы имеют большую емкость на единицу объема.

Как видите, достоинства полимерных аккумуляторов довольно явные. Самая распространенная сфера их применения, помимо блютуз-гарнитур — это радиоуправляемая техника (квадрокоптеры, машинки и различные модели)

Как правильно заряжать литий-полимерные аккумуляторы

LiitoKala

Выше мы говорили о том, что Li-Ion аккумулятор может сулить проблемы как с возрастом, так и в случае с неправильной эксплуатацией. И если полимерной батарее деградация электролита в процессе старения не грозит, то вот с соблюдением требований по эксплуатации тут тоже все довольно серьезно.

Нельзя как перезаряжать аккумулятор, так и допускать его глубокий разряд. В этом плане последствия для Li-Ion и Li-Po одинаковы. Что будет, если перезарядить аккумулятор 18650 или другого типоразмера? С высокой вероятностью он вздуется. Вздутую батарею ни в коем случае нельзя эксплуатировать. АКБ все еще способна работать, но риск ее возгорания многократно возрастает.

Что же делать, чтобы не допустить перезаряд АКБ? Очевидно, использовать качественное зарядное устройство. В отличие от свинцово-кислотных аккумуляторов, для заряда которых с горем пополам, но допустимо использовать пусть даже кустарный блок питания при постоянном контроле, литий-полимерные АКБ нужно заряжать только качественным прибором. Данные батареи очень чувствительны к перезаряду.

Исключением, когда качественным ЗУ частично можно (но нежелательно) пренебречь, являются аккумуляторы с BMS-контроллером. Именно поэтому те же смартфоны можно держать на зарядке сколь угодно долго — встроенный контроллер питания останавливает процесс заряда сразу после насыщения аккумулятора, а встроенная защита позволяет ограничивать как входной, так и выходной ток.

Особое внимание наличию контроллера следует уделять в случае заряда сборки литий-полимерных аккумуляторов. Даже если батареи в сборке выпущены в одной партии, со временем будет появляться разность в уровне заряда каждой ячейки (ячейка — один литиевый элемент на 3,7В). Почему это проблема? Рассмотрим на примере последовательной цепи из двух литиевых ячеек. Напряжение заряженной ячейки составляет 4,2В, а значит цепь будем заряжать напряжением 8,4В. Поначалу оба аккумулятора будут заряжаться до 4,2В, однако по мере появления разницы в заряде из-за естественных причин будет возникать перекос. К примеру, аккумуляторы зарядятся на 4 и 4,4В соответственно. Таким образом, один из аккумуляторов цепи регулярно будет перезаряжаться. Последствия этого очевидны.

Чтобы избежать ситуации с перекосом при заряде сборки, следует использовать уравнитель заряда. В идеале Вам нужен BMS контроллер с балансировочными каналами. Благодаря такому контроллеру каждый цикл заряда будет заканчиваться балансировкой ячеек, и каждый из аккумуляторов сборки будет заряжен правильно.

Также иногда возникает вопрос, нужно ли заряжать литий-ионные и литий-полимерные АКБ разными зарядными устройствами. Ответ — нет. Данные типы АКБ полностью взаимозаменяемы как для потребителя, так и для зарядного устройства.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *